DE69611185T2

DE69611185T2 - Formwerkzeug aus geschichteten platten und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE69611185T2
Application number: DE69611185T
Authority: DE
Inventors: L. Krinke; E. Reeves
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1996-01-26
Filing date: 1996-01-26
Publication date: 2001-08-02
Anticipated expiration: 2016-01-27
Also published as: EP0876247B1; EP0876247A1; KR19990082023A; DE69611185D1; AU4909696A; JP2000504281A; WO1997027035A1

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Verfahren zum Bilden eines Formteils und ein solches Formteil und insbesondere Verfahren zum Bilden von Formteilen aus geschichteten Platten und solche Formteile aus geschichteten Platten.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Formteile aus geschichteten Platten bzw. geschichtete Laminat-Formteile und deren Verwendung sind bekannt. Bei einem bekannten Formteil können mehrere Platten gebildet werden, die durch einen oberen Rand der Platte geschnittenen V-förmigen Nuten aufweisen, wobei sich die V-förmige Nut von einer ersten Fläche zu einer zweiten Fläche der Platte erstreckt und der Boden der Nut parallel zur oberen Plattenfläche verläuft. Angrenzende Platten können so versetzt sein, daß die Nuten in einer Platte durch die Plattenhauptflächen vor und hinter einer solchen Platte begrenzt sind. Es ist bekannt, daß solche Platten beispielsweise zum Bilden gestapelter Formerzeugnisse verwendet werden. Ein Beispiel eines Formteils aus geschichteten Platten ist im US-Patent 3 312 583 "Apertured and Staggered Molded Piled Product" (Rochlis) ausgeführt.
Es ist auch bekannt, daß Formteile aus geschichteten Platten zum Herstellen der Hakenkomponente von Haken-und- Schleifen-Verschlüssen verwendet werden. Bei solchen Formteilen werden bekanntlich durch Ätzen oder Einprägen eines Hohlraums in eine Hauptfläche einer Formplatte komplexe hakenförmige Eingriffselemente für ein Formteil aus geschichteten Platten gebildet, wobei der Hohlraum die gewünschte Hakenkonfiguration beispielsweise eines J-Hakenelements oder eines nagelkopfartigen Hakenelements aufweist. Der Hohlraum ist zur oberen Fläche des Formteils aus geschichteten Platten hin offen. Mehrere solche Haken können über die Länge einer Formplatte ausgebildet sein, wobei mehrere ähnlich konfigurierte Formplatten nebeneinander angeordnet sind. Alle Platten können Hohlräume aufweisen, oder es können Abstandsplatten, die keine Hohlräume aufweisen, zwischen Platten mit Hohlräumen angeordnet sein. Solche Formteile aus geschichteten Platten können für eine Stapelproduktion, das heißt, zum Herstellen diskreter Längen und Breiten von Formerzeugnissen mit mehreren Haken verwendet werden. Es sei beispielsweise auf die US-Patente 3 147 528 "Separable Fastener Element" (Erb) und 5 368 549 "Method for Injection-Molding an Orthopedic Device and Product of the Method" (McVicker) verwiesen. Es ist auch bekannt, daß kreisförmige Formteile aus geschichteten Platten für die kontinuierliche Produktion von Formstreifen mit mehreren Haken verwendet werden. Es sei beispielsweise auf die US-Patente 3 762 000 "Production of a Continuous Molded Plastic Strip" (Menzin u. a.), 3 196 490 "Apparatus for Manufacture of a Continuous Strip of Molded Plastic Product" (Erb) und 4 872 243 "Multi-Hook Fastener Member" (Fischer) sowie Injection Molding Handbook von Rosato and Rosato, Van Nostrand Reinhold Company, S. 753-756 verwiesen.
Es ist auch bekannt, daß Formteile aus geschichteten Platten bei der Produktion von retroreflektierendem oder dreifach reflektierendem Material verwendet werden. Die geschichteten Formplatten werden allgemein so konfiguriert, daß drei Vollflächen eines Würfels gebildet werden, wenn die angrenzenden Platten zum Bilden des retroreflektierenden Erzeugnisses gestapelt werden. Es sei beispielsweise auf die US-Patente 1 591 572 "Process and Apparatus for Making Central Triple Reflectors" (Stimson), 3 649 153 "Faceted Core" (Brudy), 4 066 236 "Cube Corner Type Retroreflector Bodies and Molds Made Therewith" (Lindner) und 4 095 773 "Subassemblies for Cube Corner Type Retroreflector Molds" (Lindner) sowie die deutsche vorläufige Veröffentlichung (OS) 42 36 799 A1 (Gubela) verwiesen.
Verfahren zum Bilden einer elektrisch leitenden Beschichtung auf nichtleitenden Formflächen sind ebenso wie Verfahren zur Elektroablagerung einer Metallbeschichtung auf einer Formfläche bekannt. Es sei beispielsweise auf die US-Patente 4 871 623 "Sheet-Member Containing a Plurality of Elongated Enclosed Electrodeposited Channels and Method" (Hoopman u. a.) und 5 070 606 "Method for Producing a Sheet Member Containing at Least One Enclosed Channel" (Hoopman u. a.) verwiesen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Formteil aus geschichteten Platten bzw. ein geschichtetes Laminat-Formteil und Verfahren zum Herstellen von Formteilen aus geschichteten Platten bzw. eines geschichteten Laminat-Formteils. Ein solches Formteil aus geschichteten Platten kann zum Formen eines gewünschten Gegenstands oder zum Formen eines nachfolgenden Formteils verwendet werden. Wenn das Formteil aus geschichteten Platten zum Formen eines nachfolgenden Formteils verwendet wird, kann beispielsweise durch Elektroablagerung einer Metallbeschichtung auf dem Formteil aus geschichteten Platten und durch Entfernen des Metallgegenstücks vom Formteil aus geschichteten Platten ein Gegenstück des Formteils aus geschichteten Platten hergestellt werden. Dieses Metallgegenstück kann zum Formen eines gewünschten Gegenstands verwendet werden, oder es kann selbst ein Zwischenformteil sein. Wenn das Metallgegenstück ein Zwischenformteil ist, kann ein Gegenstück des Metallgegenstücks gebildet werden, um ein Formteil zu erhalten, das ein Replikat der Formfläche des Formteils aus geschichteten Platten ist. Ein solches Replikat kann beispielsweise ein elektrisch abgelagertes Formteil, ein Kunststofformteil, ein Silikonformteil oder ein Formteil aus jedem beliebigen anderen Material sein.
Vorzugsweise werden an einem Formteil aus geschichteten Platten Hohlräume gebildet, die das Gegenstück des gewünschten endgültigen Gegenstands sind. Ein solches Formteil kann als ein "negatives" Formteil bezeichnet werden, weil seine Konfiguration das Negativ des endgültigen gewünschten Gegenstands ist. Das Negativ der geschichteten Platten wird dann zum Erzeugen eines "positiven" Metallformteils durch Elektroablagerung einer Metallbeschichtung, wie Nickel, auf dem Negativ der geschichteten Platten verwendet. Dieses Metallpositiv weist eine Formfläche auf, die der Fläche des endgültigen gewünschten Gegenstands gleicht und die mit anderen Worten ein "Positiv" von dieser ist. Dieses Metallpositiv wird dann zum Bilden eines "negativen" Formteils verwendet, das ein Replikat des ursprünglichen Formteils aus geschichteten Platten ist und eine Konfiguration aufweist, die ein Negativ des endgültigen gewünschten Gegenstands ist. Dieses negative Formteil kann jedes beliebige Material, wie eine geeignete Kunststoff- oder Silikonzusammensetzung, beinhalten. Dieses endgültige negative Formteil kann dann zum Bilden des endgültigen gewünschten Gegenstands verwendet werden. Vorzugsweise weist der Formgegenstand eine im wesentlichen planare Basisplatte mit mehreren sich davon erstreckenden Vorsprüngen auf, die durch die Hohlräume im Formteil gebildet sind.
Wenngleich das oben beschriebene System bevorzugt ist, sei bemerkt, daß das Formteil aus geschichteten Platten zum direkten Formen eines gewünschten Gegenstands verwendet werden kann oder daß jede beliebige Anzahl von Zwischenformteilen im Laufe des Formens des endgültigen gewünschten Formgegenstands hergestellt werden kann. Es sei in diesem Zusammenhang bemerkt, daß das Formteil aus geschichteten Platten ein Negativ oder ein Positiv des endgültigen gewünschten Gegenstands sein kann.
Das Formteil aus geschichteten Platten gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch ein Verfahren hergestellt, das einen bequemen und genauen Weg zum Bilden von Formteilhohlräumen mit genau kontrollierten Flächen und mit Rändern, die sich zwischen Flächen befinden, welche sich einem echten linearen Rand nähern, bietet. Diese Genauigkeit kann bei den nachfolgenden Zwischenformteilen und beim endgültigen Formgegenstand wiederholt werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft gemäß einem ersten Aspekt ein Verfahren zum Bilden eines Formteils aus geschichteten Platten bzw. eines geschichteten Laminat- Formteils. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: a) Orientieren mehrerer Platten, daß ihre jeweiligen Hauptebenen unter einem ersten Winkel zu einer festen Bezugsebene und parallel zueinander verlaufen, wobei jede der Platten eine erste und eine gegenüberliegende, parallele zweite Hauptfläche aufweist, die zwischen sich die Hauptebene von jeder der mehreren Platten festlegen, und wobei jede der Platten weiter eine die erste und die zweite Hauptfläche verbindende Formfläche aufweist, b) Bilden einer Nut in den mehreren Platten, wobei die Nut eine Nutfläche aufweist, die durch eine zylindrische Fläche bestimmt ist, welche das Ergebnis des Verschiebens eines zweidimensionalen Nutprofils entlang einer zur Hauptebene und/oder zur Formfläche schrägen Linie über die Platte ist, und wobei die Nutfläche jede jeweilige erste Plattenhauptfläche und jede jeweilige Plattenformfläche schneidet, und danach c) Neuorientieren der Platten, daß ihre jeweiligen Hauptebenen unter einem zweiten Winkel zum Bezug für das Formen verlaufen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des oben angegebenen Verfahrens werden nach Ausführen des Schritts c) mehrere Formteilhohlräume bereitgestellt, von denen jeder an der Formfläche der Platten offen ist und durch wenigstens i) eine durch die Nutfläche gebildete erste Hohlraumfläche und ii) eine zweite Hohlraumfläche, die durch die an die erste Hauptfläche der ersten Platte angrenzende zweite Hauptfläche einer zweiten der mehreren Platten festgelegt ist, begrenzt ist.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des oben angegebenen Verfahrens schneidet die Nutfläche weiter die zweite Plattenhauptfläche.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des oben angegebenen Verfahrens sind die Formflächen der mehreren Platten nach Ausführen des Schritts c) koplanar. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform verläuft die Formfläche jeder Platte senkrecht zu der jeweiligen ersten und der jeweiligen zweiten Hauptfläche jeder Platte.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des oben angegebenen Verfahrens weist der Schritt b) das Bilden einer Nut mit einer planaren ersten Nutfläche, einer planaren zweiten Nutfläche und einer die erste und zweite Nutfläche verbindenden Basis auf, wobei die erste Nutfläche jede jeweilige erste Plattenhauptfläche und jede jeweilige Plattenformfläche schneidet, wobei die zweite Nutfläche jede jeweilige erste Plattenhauptfläche und jede jeweilige Plattenformfläche schneidet und wobei die Basis zu wenigstens einer von der Hauptfläche und der Formfläche schräg verläuft. Bei einer weiteren Ausführungsform schneiden die erste und die zweite Nutfläche weiter die zweite Plattenhauptfläche. Bei einer weiteren Ausführungsform schneiden sich die erste und die zweite Nutfläche unter Bildung einer linearen Nutbasis.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des oben angegebenen Verfahrens weist der Schritt b) das Bilden von mehreren Nuten auf. Diese Ausführungsform kann weiter einen Schritt d) aufweisen: Bewegen einer ersten der mehreren Platten bezüglich einer zweiten und einer dritten Platte, von denen jede an die erste Platte angrenzt, so daß ein durch eine erste der mehreren Nuten gebildeter Hohlraum in der ersten Platte gegenüber Hohlräumen versetzt wird, die durch die erste Nut in der zweiten und dritten Platte gebildet werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das oben angegebene Verfahren den dem Schritt b) folgenden weiteren Schritt d) auf: Einführen von mehreren Abstandselementen in das Formteil, so daß ein jeweiliges der mehreren Abstandselemente an eine jeweilige der mehreren Platten angrenzt, wobei jedes jeweilige Abstandselement wenigstens jenen Abschnitt der ersten Hauptfläche jeder jeweiligen Platte überlagert, der durch die erste und die zweite Nutfläche geschnitten wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft gemäß einem zweiten Aspekt ein Formteil aus geschichteten Platten bzw. ein geschichtetes Laminat-Formteil. Das Formteil weist mehrere Platten auf, von denen jede eine erste und eine zweite Hauptfläche, die gegenüberliegend und parallel zueinander verlaufen und zwischen denen eine Hauptebene von jeder der mehreren Platten festgelegt ist, eine die erste und die zweite Formfläche verbindende Formfläche und mehrere Hohlräume in jeder der mehreren Platten aufweist. Jeder der Hohlräume ist wenigstens zur Formfläche offen und weist eine Hohlraumfläche auf, die durch eine zylindrische Fläche bestimmt ist, welche das Ergebnis des Verschiebens eines zweidimensionalen Hohlraumprofils entlang einer zur Hauptebene und/oder zur Formfläche schrägen Linie über die Platte ist, und die Hohlraumfläche schneidet jede jeweilige erste Plattenhauptfläche und jede jeweilige Plattenformfläche. Die erste Hauptfläche einer ersten der mehreren Platten grenzt an die zweite Hauptfläche einer zweiten der mehreren Platten an.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des oben angegebenen Formteils sind alle Formteilhohlräume bei den Formflächen der Platten offen und durch wenigstens i) eine durch die Hohlraumfläche gebildete erste Hohlraumfläche und ii) eine durch die zweite Hauptfläche einer zweiten der mehreren Platten bestimmte zweite Hohlraumfläche, die an die erste Hauptfläche der ersten Platte angrenzt, begrenzt.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des oben angegebenen Formteils sind die Formflächen von jeder der mehreren Platten koplanar. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Formteils verlaufen die Formflächen jeder der Platten senkrecht zu der jeweiligen ersten und zweiten Hauptfläche jeder Platte.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Formteils weist die Hohlraumfläche eine planare erste Hohlraumfläche, eine planare zweite Hohlraumfläche und eine die erste und die zweite Hohlraumfläche verbindende Basis auf. Die erste Hohlraumfläche schneidet jede jeweilige erste Plattenhauptfläche und jede jeweilige Plattenformfläche, die zweite Hohlraumfläche schneidet jede jeweilige erste Plattenhauptfläche und jede jeweilige Plattenformfläche, und die Basis verläuft schräg zur Hauptebene und/oder zur Formfläche. Bei einer bevorzugten Ausführungsform dieses Formteils schneiden sich die erste und die zweite Hohlraumfläche unter Bildung einer linearen Hohlraumbasis. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform schneiden die erste und die zweite Hohlraumfläche weiter die zweite Plattenhauptfläche.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des oben angegebenen Formteils weist dieses weiter mehrere Abstandselemente auf. Ein jeweiliges der mehreren Abstandselemente grenzt an eine jeweilige der mehreren Platten an, und jedes der jeweiligen Abstandselemente überlagert wenigstens jenen Abschnitt der ersten Hauptfläche jeder jeweiligen Platte, der durch die erste und die zweite Hohlraumfläche geschnitten wird.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Die vorliegende Erfindung wird weiter mit Bezug auf die anliegenden Figuren erklärt, wobei gleiche Strukturen in den mehreren Ansichten mit den gleichen Zahlen bezeichnet werden und wobei:
Fig. 1 eine Seitenansicht mehrerer Platten gemäß der vorliegenden Erfindung vor dem Bilden einer Nut in den Platten ist,
Fig. 2 eine Draufsicht der Platten aus Fig. 1 ist,
Fig. 3 eine Seitenansicht des Formteils aus geschichteten Platten aus Fig. 1 ist, in der die Platten bei einer ersten Orientierung orientiert sind und eine darin ausgebildete Nut aufweisen,
Fig. 4 eine Draufsicht des Formteils aus geschichteten Platten aus Fig. 3 ist,
Fig. 5 eine Draufsicht einer einzelnen Platte des Formteils aus geschichteten Platten bei Betrachtung entlang einer Linie 5-5 aus Fig. 4 ist, wobei darin eine einzelne Nut ausgebildet ist,
Fig. 6 eine isometrische Ansicht der Platte aus Fig. 5 ist,
Fig. 7 eine isometrische Ansicht von zwei angrenzenden Platten des Formteils aus Fig. 3 ist, die unter einem zweiten Winkel orientiert sind,
Fig. 8 eine Fig. 6 ähnelnde Ansicht ist, in der eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht ist,
Fig. 9 eine Fig. 7 ähnelnde Ansicht der zweiten Ausführungsform ist,
Fig. 10 eine Draufsicht des Formteils aus geschichteten Platten aus Fig. 3 ist, wobei die Platten unter einem zweiten Winkel orientiert sind und darin mehrere Nuten ausgebildet sind, wobei die Platten entlang einem ersten Ende ausgerichtet sind,
Fig. 11 eine Fig. 10 ähnelnde Ansicht ist, wobei die Platten entlang einem zweiten Ende ausgerichtet sind,
Fig. 12 eine Seitenansicht einer Einpunkt-Fräsmaschinen- Schneidvorrichtung ist, die beim Herstellen des Formteils aus geschichteten Platten aus Fig. 3 nützlich ist,
Fig. 13 eine Vorderansicht der Schneidvorrichtung aus Fig. 12 ist,
Fig. 14 eine Ansicht der Fräsmaschinen-Schneidvorrichtung aus Fig. 12 von unten ist,
Fig. 15 eine isometrische Ansicht eines Rahmens ist, der mehrere Platten aus Fig. 3 hält, und
Fig. 16 eine Fig. 5 ähnelnde Ansicht ist, in der alternative Ausführungsformen von Nuten gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt sind.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Eine erste Ausführungsform des Formteils aus geschichteten Platten gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun zusammen mit einem bevorzugten Verfahren zum Herstellen eines solchen Formteils beschrieben. Fig. 1 ist eine Seitenansicht mehrerer Platten 12 gemäß der vorliegenden Erfindung vor dem Bilden einer Nut in den Platten zum Herstellen des Formteils 10 aus geschichteten Platten. Jede Platte 12 weist eine erste Hauptfläche 14 und eine zweite Hauptfläche 16 auf. Mehrere Platten 12 sind aneinander angrenzend so gestapelt, daß die erste Hauptfläche 14 einer Platte 12 an die zweite Hauptfläche 16 einer angrenzenden Platte angrenzt. Jede Platte 12 weist auch eine Formfläche 18 auf. Wie in Fig. 2 ersichtlich ist, die eine Draufsicht der gestapelten Platten aus Fig. 1 ist, weist jede Platte 12 im Schnitt der Formfläche 18 mit der ersten Hauptfläche 14 bzw. der zweiten Hauptfläche 16 auch eine erste Kante 20 und eine zweite Kante 22 auf. Jede Platte weist auch ein erstes Ende 24 und ein zweites Ende 26 auf. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist jede Platte 12 ein regelmäßiger rechteckiger Vollkörper, bei dem die erste Hauptfläche 14 und die zweite Hauptfläche 16 zueinander parallel verlaufen und die gleiche Größe aufweisen, bei dem das erste Ende 24 und das zweite Ende 26 zueinander parallel verlaufen und die gleiche Größe aufweisen und bei dem die Formfläche 18 die oberen Ränder der ersten Hauptfläche 14 und der zweiten Hauptfläche 16 sowie das erste Ende 24 und das zweite Ende 26 unter einem rechten Winkel verbindet. Jede der Platten 12 kann eine identische Größe und Konfiguration aufweisen, oder es können einander abwechselnde Platten unterschiedliche Längen aufweisen, wie beim bevorzugten Modus veranschaulicht ist, so daß eine erste Gruppe von Platten mit einer geringeren ersten Länge und eine Gruppe von Platten mit einer größeren zweiten Länge vorhanden sind, wobei die Platten 12 so angeordnet sind, daß die langen und kurzen Platten einander abwechseln. Jede der Platten 12 weist eine Hauptebene 28 auf, die parallel zu der ersten Hauptfläche 14 und der zweiten Hauptfläche 16 verläuft und sich zwischen diesen befindet. Jede Platte 12 weist ferner eine Nebenebene 30 auf, die durch die Ebene der Formfläche 18 bestimmt ist. Wie in Fig. 1 ersichtlich ist, sollten die Formflächen 18 des Stapels der Platten 12 sorgfältig gebildet werden, um eine aus jeder der einzelnen Formflächen 18 bestehende kontinuierliche ununterbrochene Fläche bereitzustellen.
Das Bilden der Hohlräume im Formteil aus geschichteten Platten wird gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform folgendermaßen ausgeführt. Die Platten 12 sind in einem geeigneten Rahmen 80 (siehe Fig. 15) bereitgestellt, der alle Platten so zusammenhält, daß die Hauptebene 28 jeder Platte um einen Winkel α zu einer Bezugsebene R geneigt ist, wie in Fig. 3 dargestellt ist. Der Rahmen 80 weist eine Basis 82 auf, an der Neigungsblöcke 84 und 86 angebracht sind, um die Platten 12 unter einem Winkel cc zu orientieren. Der Rahmen 80 weist auch Querträger 88 auf, um die Platten 12 am Platz zu halten. Löcher 90 sind in der Basis 82 vorgesehen, um das Halten des Rahmens 10 beim Bilden von Nuten in den Platten 12 zu unterstützen. Der Winkel α ist irgendein Winkel, der von einem Winkel β, unter dem die Platten eine jede der einzelnen Formflächen 18 aufweisende kontinuierliche Formfläche bilden, verschieden ist. Wie in Fig. 4 ersichtlich ist, werden die Platten 12 so am Platz gehalten, daß alle ersten Enden 24 koplanar sind. Während die Platten unter dem Winkel α gehalten werden, wird dann durch die Formfläche 18 und die erste Hauptfläche 14 jeder Platte 12 eine Nut gebildet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform verläuft die Nut 14 parallel zur Ebene R und bildet in jeder der Platten 12 einzelne Nutsegmente gleicher Tiefe. Es liegt ebenfalls im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, daß die Nut 40 nicht parallel zur Ebene R gebildet wird, so daß sich die Nuttiefen von Platte zu Platte unterscheiden.
Bei einer in den Fig. 4 und 5 veranschaulichten bevorzugten Ausführungsform ist die Nut 40 eine V-förmige Nut, die die erste planare Fläche 42 und die zweite planare Fläche 44 aufweist, die sich an einer Basis 46 treffen, wobei dies bei dieser Ausführungsform eine bei 46 angegebene Linie ist. Die Fig. 12-14 veranschaulichen eine bevorzugte Ausführungsform einer Einpunkt-Fräsmaschinen-Schneidvorrichtung, die beim Schneiden der V-förmigen Nut 40 nützlich ist. Die Einpunkt-Fräsmaschinen-Schneidvorrichtung 70 weist eine zylindrische Welle 72 auf, die bei bekannten Fräsmaschinen zum Befestigen geeignet ist. An einem Ende der Welle 72 befindet sich ein Arbeitsende 73 zum Schneiden der Nut 40. Das Arbeitsende 73 weist eine im Schnitt einer verjüngten Fläche 78 mit einer ausgenommenen Fläche 76 ausgebildete gerade Schneidkante 74 auf, wie in den Fig. 12 und 13 ersichtlich ist. Die Fräsmaschinen-Schneidvorrichtung 70 wird in Richtung B gedreht, wenn sie bezüglich mehrerer Platten 12 zum Bilden der Nut 40 in Querrichtung verschoben wird. Ein Winkel (a) ist der Öffnungswinkel zwischen der Schneidkante 74 und der Längsachse der Schneide 70. Der Winkel (a) bestimmt den Öffnungswinkel der V-förmigen Nut 40, was bedeutet, daß der Öffnungswinkel der Nut 40 das Zweifache des Winkels (a) beträgt. Die verjüngte Fläche 78 und die Kante des der Schneidkante 74 entgegengesetzten Werkzeugs können vorzugsweise eine hintere Verjüngung oder eine Aussparungsverjüngung aufweisen, wie auf dem Fachgebiet bekannt ist. Es können bei der Schneidnut 40 auch andere Werkzeuge unter Einschluß beispielsweise von Fräsmaschinen-Schneidvorrichtungen mit quadratischen oder runden Enden, eines in geeigneter Weise verjüngten Schneid- oder Schleifrads oder dergleichen verwendet werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das Werkzeug entlang einer Linie, die in einer Ebene liegt, welche zur Plattenhauptebene 28 senkrecht steht, bezüglich der Platten verschoben, wie in den Fig. 4-11 dargestellt ist. Das Werkzeug kann statt dessen entlang einer Linie, die in einer zur Plattenhauptebene 28 schrägen Ebene liegt, verschoben werden.
Zur weiteren Veranschaulichung der Konfiguration der im Formteil 10 aus geschichteten Platten durch Bildung einer V-förmigen Nut 40 ausgebildeten Hohlräume ist in Fig. 6 eine einzelne Platte 12 veranschaulicht. Es ist ersichtlich, daß sich die Nutflächen 42 und 44 an einer linearen Nutbasis 46 treffen. Bei der veranschaulichten Ausführungsform schneidet die erste Nutfläche 42 die erste Plattenhauptfläche 14 an der ersten hinteren Kante 48 und schneidet die Formfläche 18 an der ersten oberen Kante 52. In ähnlicher Weise schneidet die zweite Nutfläche 44 die Plattenformfläche 18 an der zweiten oberen Kante 54 und schneidet die erste Hauptfläche 14 an der zweiten hinteren Kante 50. Die Nutbasis 46 erstreckt sich von der ersten Hauptfläche 14 bis zur Formfläche 18. Die Nutflächen 42 und 44 können sich, wie dargestellt ist, bis zur zweiten Kante 22 der Formfläche 18 erstrecken, oder sie können in einem Abstand von der zweiten Kante 22 enden.
Die Bezeichnung "Nutfläche" wird allgemein beim Erörtern der Konfiguration der in mehreren Platten 12 ausgebildeten Nut verwendet, und die Bezeichnung "Hohlraumfläche" wird allgemein zur Beschreibung solcher Nutflächen verwendet, bei denen die Platten 12 zum Bilden eines Formteils konfiguriert sind. Die Bezeichnungen "Nutfläche" und "Hohlraumfläche" sind jedoch überall vertauschbar.
Fig. 7 veranschaulicht zwei angrenzende Platten 12, die auf einen Neigungswinkel β zurückgeführt sind, der mehrere Platten in eine Formposition anordnet. Der Neigungswinkel β ist die Orientierung, bei der die Formflächen 18 jeder Platte 12 eine kontinuierliche koplanare Formfläche des Formteils aus geschichteten Platten 10 bilden. Es ist ersichtlich, daß pyramidale Hohlräume durch die V-förmigen Nuten ausgebildet sind, wobei jeder einzelne Hohlraum durch eine erste Hohlraumfläche 42 und eine zweite Hohlraumfläche 44 einer der Platten 12 sowie durch eine dritte durch einen Abschnitt der zweiten Hauptfläche 16 einer angrenzenden Platte 12 gebildete Hohlraumfläche begrenzt ist. Ein solcher Hohlraum wird zum Formen eines auf einem Dreieck beruhenden pyramidalen Vorsprungs verwendet. Der Klarheit halber sind in Fig. 7 nur zwei Platten 12 dargestellt. Es sei jedoch bemerkt, daß jede beliebige Anzahl von Platten 12 zusammengeschlossen werden kann, um die Nuten in den Platten beim ersten Neigungswinkel α zu bilden und das Formteil 10 beim zweiten Neigungswinkel β zu bilden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden durch jede der Platten 12 mehrere parallele Nuten 40 gebildet, während sie in ihrer Nutbildungsorientierung unter dem Winkel α orientiert sind. Nach Zurückführen der Platten zu ihrer zweiten Formteilbildungsorientierung unter dem Winkel β werden hierdurch mehrere auf einem Dreieck beruhende Hohlräume gebildet, wie in Fig. 10 veranschaulicht ist. Es liegt auch innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung, daß mehrere zueinander nicht parallele Nuten ausgebildet werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Winkel β bezüglich der Bezugsebene R 90º und beträgt der Winkel α bezüglich der Ebene R 45º. Es liegt auch innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung, daß die Formteilbildungsorientierung beim Winkel β kleiner oder größer als 90º ist. Vorzugsweise sind die Formflächen 18 jeder Platte so ausgebildet, daß sie kontinuierlich und koplanar sind, wenn sich die Platten 12 unter dem Winkel β befinden. Eine solche Anordnung ermöglicht es, daß der endgültige Formgegenstand eine im wesentlichen planare Basis aufweist, von der sich die Vorsprünge erstrecken. Es kann jedoch für bestimmte Anwendungen erwünscht sein, daß der endgültige Formgegenstand eine mit einer Nut versehene Basis aufweist, von der sich die Vorsprünge erstrecken. Bei einer solchen Anordnung brauchen die einzelnen Formflächen 18 nicht kontinuierlich und koplanar zu sein, wenn sich die Platten unter dem Formbildungswinkel β befinden. Was den Nutbildungs- Orientierungswinkel α angeht, kann er größer oder kleiner als der Winkel β sein. Mit anderen Worten können die Platten während der Nutbildung in beliebiger Richtung vom Winkel β gekippt werden. Es liegt auch innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung, daß eine oder mehrere Nuten gebildet werden, während die Platten unter einem ersten Winkel α gehalten werden, und daß dann eine oder mehrere Nuten gebildet werden, während die Platten unter einem zweiten Winkel α gehalten werden, um innerhalb eines einzigen Formteils aus geschichteten Platten 10 unterschiedliche Konfigurationen der Hohlräume zu bilden.
Eine alternative Ausführungsform der V-förmigen Nut 40 ist in den Fig. 8 und 9 dargestellt. Fig. 8 veranschaulicht eine einzelne Platte; es sei jedoch bemerkt, daß diese Nut vorteilhafterweise durch Schneiden durch mehrere Platten 12 hindurch gebildet werden kann, wie mit Bezug auf die Fig. 3 und 4 erklärt wurde. Bei der in Fig. 8 dargestellten Ausführungsform sind die erste und die zweite Nutfläche tief genug in die Platte 12 eingeschnitten, damit die erste Nut- oder Hohlraumfläche 42 die Plattenformfläche 18 an der ersten oberen Kante 52, die erste Hauptfläche 14 an der ersten hinteren Kante 48 und die zweite Hauptfläche 16 an der ersten vorderen Kante 56 schneidet. In ähnlicher Weise schneidet die zweite Nutfläche 44 die Plattenformfläche 18 an der zweiten oberen Kante 54, die erste Hauptfläche 14 an der zweiten hinteren Kante 50 und die zweite Hauptfläche 16 an der zweiten vorderen Kante 58. Bei einer solchen Nut erstreckt sich die Nutbasis 46 von der ersten Hauptfläche 14 bis zur zweiten Hauptfläche 16. Vorzugsweise ist die Nutbasis 46 schräg zur Formfläche 18 angeordnet, es liegt jedoch auch innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung, wenn die Nutbasis 46 parallel zur Formfläche 18 verläuft.
Ein durch die Nut aus Fig. 8 ausgebildeter einzelner Hohlraum wird mit Bezug auf Fig. 9 veranschaulicht. Zu Veranschaulichungszwecken zeigt Fig. 9 die Platte 12 mit einer darin ausgebildeten Nut 40, wobei sich die Platte 12 zwischen zwei wahlweise vorgesehenen Abstandsplatten 12', in denen keine Nut ausgebildet ist, befindet. Es sei bemerkt, daß jede der angrenzenden Platten 12 darin ausgebildete Hohlräume aufweisen kann, falls keine Abstandsplatten 12' verwendet werden. Es ist ersichtlich, daß der Hohlraum gemäß der zweiten Ausführungsform durch die erste Hohlraumfläche 42, die zweite Hohlraumfläche 44, eine durch einen Abschnitt der zweiten Hauptfläche 16 der unmittelbar hinter der Platte 12 angeordneten Platte ausgebildete dritte Hohlraumfläche und eine durch einen Abschnitt der ersten Hauptfläche 14 der unmittelbar vor der Platte 12 angeordneten Platte ausgebildete vierte Hohlraumfläche begrenzt ist. Ein solcher Hohlraum wird zur Bildung eines Vorsprungs mit einer vierseitigen Basis verwendet.
Wie in Fig. 10 ersichtlich ist, kann jede der Platten 12 so orientiert sein, daß erste Enden 24 während des Nutbildungsvorgangs beim Winkel α und nach Zurückführen der Platten zu ihrer Formteilbildungsorientierung beim Winkel β koplanar sind. Dementsprechend sind bei angrenzenden Platten 12 Reihen von Hohlräumen in Richtung A in einer Linie zueinander angeordnet. Dies ist dadurch erkennbar, daß die Nutenbasislinie 46 eines Hohlraums in einer Platte mit der Nutbasis 46 der unmittelbar hinter oder vor dem jeweiligen Hohlraum angeordneten Hohlräume ausgerichtet ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind angrenzende Nuten 40 derart ausgebildet, daß der breiteste Abschnitt des Hohlraums an seinem Schnitt mit der ersten Fläche 14 den breitesten Abschnitt des Hohlraums, der an denjenigen an derselben Platte 12 angrenzt, berührt oder beinahe berührt. Es liegt auch innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung, daß angrenzende Hohlräume innerhalb einer einzelnen Platte 12 so weit wie gewünscht getrennt angeordnet werden können.
Fig. 11 veranschaulicht eine bequeme und einfache Einrichtung zum derartigen Versetzen der Hohlräume in angrenzenden Platten 12, daß die Hohlräume in angrenzenden Platten in Richtung A nicht in einer Linie angeordnet sind. In Fig. 11 sind die Platten so orientiert, daß alle ersten Enden 24 während der Bearbeitung koplanar sind, wie oben beschrieben wurde, und sie werden dann so umorientiert, daß alle zweiten Enden 26 koplanar sind, wenn die Platten bei ihrer Formteilbildungsorientierung unter einer Neigung β gehalten werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform gleicht der Längenunterschied zwischen den längeren und den kürzeren Platten einer Hälfte der Teilung angrenzender Nuten 40. Nach Ausrichten der Platten am zweiten Ende 26 liegen die Hohlräume in einer Platte zwischen den Hohlräumen in einer angrenzenden Platte 12, wie in Fig. 11 veranschaulicht ist. Durch Ändern der Plattenlängen und Ausrichten der ersten Enden 24 während der Nutbildung und der zweiten Enden 26 während der Formteilbildung ist es möglich, Nuten in angrenzenden Platten in jedem beliebigen gewünschten Muster anzuordnen. Es ist auch möglich, außer dem Längenunterschied von einer Hälfte der Teilung angrenzender Nuten einen beliebigen anderen Längenunterschied zu verwenden. Es ist weiterhin möglich, die Länge von zwei, drei, vier oder einer beliebigen Anzahl angrenzender Platten stufenweise zu erhöhen, um die Anordnung von Hohlräumen in Gruppen von zwei, drei, vier oder mehr Platten versetzt anzuordnen.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können die Hohlräume 40 in einer einzigen Platte zur Zeit statt durch Schneiden einer Nut durch mehrere Platten hindurch gebildet werden, wie oben beschrieben wurde. Bei dieser alternativen Ausführungsform ist es möglich, durch irgendeines von mehreren Mitteln mehrere Hohlräume 40 zur Zeit wenigstens in der Formfläche 18 und der ersten Hauptfläche 14 in einer Platte zu bilden. Solche Hohlräume können beispielsweise mit einer oben beschriebenen Einpunkt-Fräsmaschinen-Schneidvorrichtung 70 oder mit jedem beliebigen geeigneten Schleif- oder Schneidrad gebildet werden. Es ist auch möglich, einzelne Platten 12 mit den gewünschten Hohlraumanordnungen zu stanzen oder einzelne Platten mit den einzelnen Hohlräumen zu formen. Es ist auch möglich, jeden der Hohlräume 40 in der Platte 12 zu ätzen oder in diese einzuprägen, wie auf dem Fachgebiet wohlbekannt ist. Nach der Bildung einer gewünschten Anzahl von Platten 12 durch ein solches Verfahren können die mehreren Platten zusammengesetzt werden, um das Formteil 10 aus geschichteten Platten in der oben beschriebenen Weise zu bilden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden Abstandsplatten 12' zwischen Platten 12 eingeführt. Die Abstandsplatten 12' weisen keine Hohlräume auf und dienen dazu, die Hohlräume bezüglich der versetzten Platten 12 in der oben beschriebenen Weise einzuschließen und Reihen von Hohlräumen 40 um jede beliebige gewünschte Dicke der Abstandsplatte 12' zu trennen. Es liegt auch innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung, daß durch jedes beliebige der hierin beschriebenen Verfahren gebildete Platten mit unterschiedlichen Nutgeometrien in jedem beliebigen Muster zusammengesetzt werden, um ein unterschiedliche Hohlraumgeometrien aufweisendes Formteil 10 mit geschichteten Platten bereitzustellen. Eine solche Anordnung kann diskrete Hohlräume unterschiedlicher Konfigurationen aufweisen, oder sie kann derart angeordnet werden, daß Hohlräume in angrenzenden Platten unter Bildung eines zusammengesetzten Hohlraums kombiniert werden. Zusammengesetzte Hohlräume können zum Bilden zusammengesetzter Vorsprünge verwendet werden, die eine Kombination ähnlicher oder nicht ähnlicher einzelner Vorsprünge sind.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Platten 12 nicht rechteckig, sondern kreisförmig. Bei dieser Ausführungsform werden die Nuten 40 durch beliebige der hierin beschriebenen Mittel in einer der Platten 12 zur Zeit gebildet. Ein kreisförmiges Formteil aus geschichteten Platten kann vorteilhaft bei einer kontinuierlichen Verarbeitung einer Rollenform eines Formgegenstands statt bei der bei den oben beschriebenen rechteckigen Platten verwendeten Stapelverarbeitung verwendet werden.
Andere Nutformen liegen innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung. Fig. 16 veranschaulicht einige der vielen Nutvariationen, die in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung fallen. Beispielsweise könnten eine oder beide Flächen 42 und 44 nicht planar, sondern krummlinig oder bogenförmig sein, oder sie können jede beliebige Anzahl von diskreten und angrenzenden planaren und krummlinigen Abschnitten aufweisen. Weiterhin könnte die Nutbasis 46 selbst eine Fläche sein statt einer V-förmigen Nut, die an einer Linie bei der Basis 46 zusammengeführt ist, wie in den Fig. 5-11 dargestellt ist. Beispielsweise weist eine Nut 40a eine planare Nutbasis 46 auf und weist eine Nut 40b eine krummlinige Nutbasis 46 auf, die die erste Nutfläche 42 und die zweite Nutfläche 44 verbinden. Es ist auch möglich, daß die Nutflächen 42 und 44 zusammen eine kontinuierliche Fläche bilden, wie beim Betrachten einer Nut 40c ersichtlich ist. Wie beim Betrachten einer Nut 40d ersichtlich ist, kann die Nut eine parallele und planare erste Fläche 42 und eine parallele und planare zweite Fläche 44 sowie eine bogenförmige Nutbasis 46 zwischen der ersten und der zweiten Fläche aufweisen. Wie beim Betrachten einer Nut 40e ersichtlich ist, kann die Nut die im wesentlichen V-förmige erste Fläche 42 und die im wesentlichen V-förmige zweite Fläche 44 aufweisen, die durch eine bogenförmige Nutbasis 46 verbunden sind, welche die erste und die zweite Fläche diskontinuierlich und nicht übergangslos schneidet. Es ist auch möglich, daß die Nut irgendeine beliebige Anzahl von Flächen aufweist, wie mit Bezug auf eine Nut 40f veranschaulicht ist. Beispielsweise beinhaltet die Nut 40f mehrere planare erste Flächen 42a, 42b, 42c und 42d und eine durch eine bogenförmige Fläche 46 verbundene planare zweite Fläche 44. Es sei bemerkt, daß bei den vorhergehenden nicht einschränkenden Beispielen das Profil der Nut 40 von jeder beliebigen gewünschten Form sein kann. Nuten mit einer Symmetrieebene bei der Nutbasis 46 können auf bequeme Weise mit einer Einpunkt-Fräsmaschinen-Schneidvorrichtung 70 geschnitten werden, die eine zum Herstellen der gewünschten Nutkontur konfigurierte Schneidkante 74 aufweist. Solche Nuten können auf bequeme Weise durch den hier mit Bezug auf die Fig. 1-4 beschriebenen Vorgang oder durch irgendein anderes hier beschriebenes Verfahren durch Bilden einer Platte zur Zeit hergestellt werden.
Wie in Fig. 16 veranschaulicht ist, kann die Nut 40 so ausgebildet sein, daß eine Platte 12 unter dem Winkel ct so orientiert ist, daß die Nutbasis 40 schräg zur Plattenformfläche 18 angeordnet ist. Es sei bemerkt, daß die Nut 40 natürlich auch parallel zur Plattenformfläche 18 verlaufen kann, wenn die Nuten geschnitten werden, während die Platten unter dem Winkel β gehalten werden. Wenn die Nutbasis 46 parallel zur Plattenformfläche 18 verläuft, ist der ausgebildete Hohlraum ein Abschnitt einer zylindrischen Fläche. Wenn hier die Bezeichnung "zylindrische Fläche" verwendet wird, bezieht sie sich auf die Fläche, die dadurch erzeugt wird, daß ein zweidimensionaler Bereich, der in den Fig. 5 und 16 durch die Nutkonturen 40 dargestellt ist, entlang einer geraden Linie durch den Raum verschoben wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Verschiebungslinie in einer zur Plattenhauptebene 28 senkrechten Ebene. Es liegt auch innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung, daß die Verschiebungslinie in einer zur Plattenhauptebene 28 schrägen Ebene liegt. Der somit ausgebildete Hohlraum ist einem zylindrischen Vollkörper analog, bei dem die Nutflächen der Abschnitt der zylindrischen Fläche ist, der in die Platte 12 eingeschlossen ist. Die Bezeichnungen "zylindrische Fläche" und "zylindrischer Vollkörper" werden hier mit Bezug auf durch planare oder krummlinige Flächen begrenzte Flächen und Bereiche verwendet. Das Orientieren der Platten unter dem vom Winkel β verschiedenen Winkel α ist ein bequemes Mittel zum Bilden zylindrischer Flächen, die das Ergebnis des Bewegens des Bereichs in einer zur Formfläche 18 schrägen Richtung sind. Das Orientieren der Platten unter einem dem Winkel β entsprechenden Winkel ist ein bequemes Mittel zum Übertragen der zylindrischen Fläche in eine zur Formfläche 18 parallele Richtung. Es ist auch möglich, durch Drehen eines in den Fig. 5 und 16 durch die Nutkontur veranschaulichten zweidimensionalen Bereichs um eine zum Bereich exzentrische Achse Hohlräume zu bilden, die ein Abschnitt eines Torus sind.
Eine Ausführungsform eines Formteils aus geschichteten Platten kann folgendermaßen hergestellt werden. Es werden achtzig Acrylplatten 12 bereitgestellt, wobei jede 3,175 mm (0,125 Zoll) dick, etwa 20,3 cm (8,0 Zoll) lang und etwa 2,0 Zoll hoch ist. Es werden dann 0,5-Zoll-Löcher durch die Hauptflächen gebohrt, um zu ermöglichen, daß die Platten unter dem Orientierungswinkel β von 90º zur Bezugsebene R befestigt werden. Die Bodenfläche und die Formfläche 18 von jeder der Platten 12 im zusammengesetzten Stapel werden dann so bearbeitet, daß kontinuierliche koplanare Flächen bereitgestellt werden. Die Bodenflächen der Platten werden zum Bezug markiert, und der Stapel wird zerlegt. Vierzig der Platten 12 werden dann wieder zu einem Stapel zusammengesetzt und auf eine Länge von 20,3 cm (8,0 Zoll) bearbeitet. Die restlichen vierzig Platten 12 werden wieder zusammengesetzt und auf eine Länge von 20,19 cm (7,950 Zoll) bearbeitet. Die achtzig Platten 12 werden dann wieder zusammengesetzt, wobei lange und kurze Platten einander abwechseln, wobei die ersten Enden 24 jeder Platte 12 koplanar sind und wobei die Platten unter dem Orientierungswinkel α von 45º zur Bezugsebene R gehalten werden. Mehrere parallele V-förmige Nuten 40 werden dann mit einer Einpunkt-Fräsmaschinen-Schneidvorrichtung 70 in die Formfläche 18 der mehreren Platten eingearbeitet, wie oben beschrieben wurde. Die Nut 40 weist im Schnitt 46 der Nutflächen 42 und 44 einen Öffnungswinkel von 68,6º auf, wobei die Nuten über eine Breite von 12,7 cm (5, 0 Zoll) der Platten 12 in Abständen von etwa 2,54 mm (0,100 Zoll) angeordnet sind. Die beim Zurückführen der Platten zum Orientierungswinkel β gebildeten Hohlräume sind zum Bilden auf einem Dreieck beruhender pyramidaler Vorsprünge konfiguriert, weisen im Schnitt der Basis 46 mit der ersten Hauptfläche 14 eine Maximaltiefe von etwa 2,5 mm (0,100 Zoll) auf, weisen eine bei der ersten Kante 20 der Formfläche 18 gemessene Breite von etwa 2,3 mm (0,090 Zoll) auf und erstrecken sich bis auf etwa 0,5 mm (0,02 Zoll) bis zur zweiten Kante 22 der Formfläche 18. Die Platten 12 werden dann so ausgerichtet, daß sie am zweiten Ende 26 koplanar sind, um die Hohlräume in angrenzenden Platten um einen Betrag von etwa einer Hälfte des Abstands zwischen angrenzenden Hohlräumen zu versetzen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Hohlräume eine Tiefe von 0,6 bis 6,0 mm (0,024 bis 0,24 Zoll), eine Länge von 0,6 bis 6,0 mm (0,024 bis 0,24 Zoll) und eine Maximalbreite von 0,6 bis 6,0 mm (0,024 bis 0,24 Zoll) auf, wenngleich größere und kleinere Hohlräume auch innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung liegen. Bei V-förmigen Nuten weisen die Nutflächen vorzugsweise einen Öffnungswinkel von 20 bis 160º auf.
Die Platten 12 des Formteils 10 aus geschichteten Platten können aus einem leitenden Material, wie Nickel oder Messing, oder aus einem nichtleitenden Material mit einer leitenden äußeren Beschichtung oder Schicht bestehen. Nichtleitende Platten, wie Acrylplatten 12, können zumindest auf der Formfläche 18 und auf Hohlraumflächen mit einer leitenden Beschichtung versehen werden, um am Formteil aus geschichteten Platten eine Elektroablagerung zu ermöglichen. Eine solche Beschichtung kann durch jedes beliebige bekannte Verfahren, wie Dampfbeschichtung, aufgebracht werden. Ein spezielles Verfahren zum Aufbringen einer Silberbeschichtung wird nachfolgend beschrieben.
Die zu beschichtenden Flächen werden zuerst gereinigt. Als nächstes wird die Fläche durch Besprühen mit einem geeigneten Sensibilisator in der Art einer angesäuerten Zinndichloridlösung für etwa eine Minute sensibilisiert. Eine solche Lösung kann durch Verbinden von 40 Gramm Zinndichlorid, 10 Milliliter konzentrierter Salzsäure und einer Gallone destillierten Wassers hergestellt werden. Das Formteil 10 wird dann mit destilliertem Wasser gespült. Eine Silberlösung und eine Reduktorlösung werden dann gleichzeitig mit einer Doppeldüsen-Spritzpistole aufgetragen. Ein geeigneter Reduktor kann durch Verbinden von 26 Gramm Dextrose, 2,5 Milliliter Formaldehyd und einer Gallone destillierten Wassers hergestellt werden. Eine geeignete Silberlösung kann durch Hinzufügen von 10 Gramm Kaliumhydroxid, 50 Milliliter Ammoniumhydroxid und 22,5 Gramm Silbernitrat zu einer Gallone destillierten Wassers hergestellt werden. Das Formteil wird dann mit destilliertem Wasser gespült und ist zur Elektroablagerung vorbereitet.
Wie oben erörtert wurde, kann das Formteil aus geschichteten Platten zum Formen eines Zwischenformteils verwendet werden. Das mit dem Formteil 10 aus geschichteten Platten versehene Zwischenformteil kann aus einem beliebigen gewünschten Material bestehen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird durch einen Elektroablagerungsvorgang ein Nickelformteil aus dem Formteil 10 aus geschichteten Platten gebildet. Zu den Zwecken dieser Erfindung schließt die Bezeichnung "Elektroablagerung" sowohl "elektrolytisches" als auch "nichtelektrisches" Beschichten ein, wobei sich diese hauptsächlich in der zur Reduktion verwendeten Elektronenquelle unterscheiden. Bei den bevorzugten elektrolytischen Ausführungsformen werden die Elektronen durch eine äußere Quelle, wie eine Gleichstromversorgung, zugeführt, während die Elektronen beim Vorgang des autokatalytischen Beschichtens intern durch ein chemisches Reduktionsmittel in der Beschichtungslösung bereitgestellt werden.
Falls das Formteil 10 aus geschichteten Platten Metallplatten 12 aufweist, werden vorzugsweise zumindest die Formflächen 18 und die Hohlraumflächen des Formteils 10 aus geschichteten Platten beispielsweise durch Kontaktieren der Flächen mit einer 2-%-Kaliumdichromat-Lösung in destilliertem Wasser bei Zimmertemperatur passiviert. Das Formteil 10 wird dann mit destilliertem Wasser gespült. Die Passivierung der zu galvanisierenden Flächen ist in der Hinsicht erwünscht, daß sie eine dünne Oxidbeschichtung bildet, die das Entfernen eines elektrisch geformten Gegenstands von einem Metallformteil 10 erleichtert. Die Passivierung ist möglicherweise nicht erforderlich, wenn das Formteil 10 nichtleitende Platten 12 aufweist und mit einer leitenden Beschichtung versehen ist, wie oben erörtert wurde. In diesem Fall wird die leitende Schicht vom Formteil 10 zum elektrisch geformten Gegenstand verschoben, der nachfolgend zum Erleichtern des Entfernens des galvanisierten Gegenstands vom Formteil 10 erzeugt wird.
Daraufhin kann das Formteil 10 für einen gewünschten Zeitraum zur Elektroablagerung eines Materials auf der Oberfläche des Formteils in ein Beschichtungsbad eingetaucht werden. Es kann jedes beliebige geeignete elektrisch ablagerungsfähige Material, wie Nickel, Kupfer oder ihre Legierungen, verwendet werden.
Bei einer Ausführungsform dieser Erfindung besteht das Beschichtungsbad aus einer Lösung von Nickelsulfamat (16 Unzen von Ni je Gallone), Nickelbromid (0,5 Unzen je Gallone) und Borsäure (4,0 Unzen je Gallone) in destilliertem Wasser mit einer relativen Dichte von 1,375-1,40. Es werden Anoden in Form von S-Nickel-Pellets bereitgestellt. Die Pellets werden in das Beschichtungsbad eingetaucht und in Titankörben, die in Polypropylengewebe-Anodenkorbbeutel eingekapselt sind, getragen. Die Temperatur des Beschichtungsbads wird bei 120ºF und bei einem pH-Wert von 3,8-4,0 gehalten. Normalerweise steigt der pH-Wert des Beschichtungsbads während des Betriebs an. Daher wird der pH-Wert regelmäßig durch Hinzufügen von Sulfamidsäure eingestellt. Verdampfungsverluste werden durch Hinzufügen von destilliertem Wasser ausgeglichen, um die gewünschte relative Dichte aufrechtzuerhalten. Das Beschichtungsbad wird beispielsweise durch ein 5-Mikrometer-Filter fortlaufend gefiltert. Die gefilterte Pumpenausgabe wird vorzugsweise auf das Formteil 10 gerichtet, um frische Nickelionen bereitzustellen. Hierdurch wird die Elektroablagerungslösung auch gerührt, was erwünscht ist. Die Elektroablagerung sollte fortdauern, bis die galvanisch abgelagerte Struktur eine ausreichende Dicke und Stärke aufweist, um das Entfernen des Formteils aus geschichteten Platten zu erleichtern. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Nickelgegenstand etwa 2,5 mm (0,1 Zoll) dick.
Die Nickelablagerung auf dem Formteil 10 ist eine Funktion des angelegten Gleichstroms, wobei auf einer flachen Oberfläche bei einer durchschnittlichen Stromdichtenrate von 20 Ampere pro Quadratfuß (ASF) 0,001 Zoll Nickel pro Stunde abgelagert wird. Das elektrisch abgelagerte Material kann jedoch eine Tendenz aufweisen, sich bei der elektrolytischen Ablagerung neben scharfen Änderungen der Geometrie des Formteils 10 beispielsweise bei der Basis 46 der Hohlräume schneller anzusammeln.
Nachdem das Nickelgegenstück des Formteils aus geschichteten Platten gebildet wurde, können die Formen der sich von der Basis des Nickelpositivs aus erstreckenden Vorsprünge modifiziert werden. Beispielsweise können die Spitzen aller Vorsprünge parallel zur Basisebene abgetrennt werden, um unabhängig davon, welches die ursprüngliche Geometrie des Vorsprungs war, einen Stumpf zu erzeugen. Es ist beispielsweise dann, wenn die Vorsprünge in dem Nickelpositiv Pyramiden sind, möglich, durch Abtrennen aller Spitzen der pyramidalen Vorsprünge Pyramidenstümpfe herzustellen. Es ist auch möglich, die Vorsprünge unter irgendeinem Winkel nicht parallel zur Basis des Nickelpositivs abzutrennen. Diese abgetrennten Vorsprünge oder Stumpfvorsprünge können im endgültigen Formgegenstand selbst oder in diesem Zwischennickelpositiv hergestellt werden. Wenn das Nickelpositiv so modifiziert ist, weist ein aus dem Nickelpositiv hergestelltes nachfolgendes Negativformteil Hohlräume, die das Gegenstück der Vorsprünge am modifizierten Nickelpositiv sind, auf und unterscheidet sich demgemäß von den Hohlräumen im ursprünglichen Formteil 10 aus geschichteten Platten.
Nachdem das Nickelpositiv in der oben beschriebenen Weise bereitgestellt wurde, kann ein Negativformteil aus dem Nickelpositiv geformt werden. Eine der Veranschaulichung dienende und nicht einschränkende Liste geeigneter Materialien umfaßt Silikon, Plastisol und Polypropylen. Es ist auch möglich, einen zweiten elektrisch abgelagerten Gegenstand aus dem ersten zu bilden. In diesem Fall ist es bevorzugt, den ersten Gegenstand beispielsweise mit einer Chromatpassivierung zu passivieren, um das Entfernen des zweiten galvanisch abgelagerten Gegenstands von dem ersten zu erleichtern.
Eine Ausführungsform eines Silikonformteils kann folgendermaßen gebildet werden. Das Nickelpositiv wird vorzugsweise in einer Luftatmosphäre bei 400ºF für 4 Stunden wärmebehandelt. Daraufhin wird um die Peripherie des oben beschriebenen Nickelpositivs herum ein Damm gebildet, so daß das ungehärtete Formteilmaterial angrenzend an die Fläche des Nickelpositivs gehalten werden kann, die durch die Hohlräume im Formteil aus geschichteten Platten geformte Vorsprünge aufweist.
Das Silikonnegativ wird dann folgendermaßen geformt. Zuerst wird der bei Dow Corning Company, Midland, Michigan erhältliche Sylgard-184-Silikonelastomer mit einem Sylgard- Härtungsmittel im Verhältnis 10 : 1 vermischt. Als nächstes wird diese Mischung für 1 Minute kräftig gerührt, und der Boden und die Seiten des Mischbechers werden geschabt. Diese Mischung wird dann auf die Oberfläche des Nickelpositivs gegossen und durch den Damm eingeschlossen. Das Nickelpositiv mit der sich darauf befindenden Silikonmischung wird für 15 Minuten in einer Vakuumkammer bei 25 Zoll Quecksilber angeordnet. Das Nickelpositiv mit dem sich darauf befindenden Silikon wird aus der Vakuumkammer entfernt und für 30 Minuten in einem auf 400ºF aufgeheizten Ofen angeordnet. Das Nickelpositiv mit der sich darauf befindenden Silikonmischung wird aus dem Ofen entfernt und durch darüber laufen gelassenes kaltes Wasser abgekühlt und dann mit Druckluft getrocknet. Das gehärtete Silikonnegativ wird dann vom Nickelpositiv entfernt.
Ein Beispiel eines Polypropylen-Negativformteils kann folgendermaßen aus einem Nickelpositiv gebildet werden. Die Nickelvorlage wird auf einer 3,2 mm (0,125 Zoll) dicken Aluminiumträgerplatte geeigneter Größe angeordnet. Ein extrudierter Film oder Pellets aus Polypropylen werden dann auf die Oberfläche des Nickelwerkzeugs aufgebracht. Eine mit Chrom beschichtete und geschliffene Messingplatte mit einer Dicke von 0,8 mm (0,031 Zoll) wird dann auf dem Polypropylenmaterial angeordnet. Eine zweite, 3,2 mm (0,125 Zoll) dicke Aluminiumträgerplatte wird dann auf der Messingplatte angeordnet. Diese geschichtete Anordnung wird dann zwischen den Platten einer auf 350ºF vorgeheizten Formpresse angeordnet. Eine geeignete Presse ist eine bei Wabash, MPI aus Wabash, Indiana erhältliche Formmaschine "Wabash Hydraulic Molding Press Model V75H-24-CLX" mit einer Preßleistung von 75 Tonnen. Nach etwa fünf Minuten wird auf die geschichtete Anordnung eine Kraft von 150 Pfund pro Quadratzoll ausgeübt und während des Zeitraums von fünf Minuten gehalten. Daraufhin wird auf die geschichtete Anordnung für sieben Minuten eine Kraft von 500 Pfund pro Quadratzoll ausgeübt. Die erwärmte geschichtete Anordnung wird dann auf 180ºF abgekühlt, während sie unter dem Druck von 500 Pfund pro Quadratzoll gehalten wird. Der Druck wird dann von der geschichteten Anordnung entfernt, und diese wird von der Presse entfernt. Die obere Trägerplatte und die Messingplatte werden dann von der geschichteten Anordnung entfernt, und das geformte Polypropylenmaterial wird dann vom Nickelpositiv entfernt.
Es ist möglich, die hierin beschriebenen Formteile zum Formen eines Gegenstands mit verschiedenen Bereichen oder Gruppen zu verwenden. Jeder Bereich kann eine Gruppe ähnlicher Hohlräume oder Vorsprünge aufweisen, wobei sich die Hohlräume oder Vorsprünge von Bereich zu Bereich unterscheiden. Dies können Unterschiede in der Größe, Konfiguration und/oder Orientierung der Hohlräume oder Vorsprünge sein. Es ist möglich, Abschnitte verschiedener Zwischenformteile, wie der hierin beschriebenen Nickel- oder Silikonformteile, zum Formen solcher Gegenstände zu verbinden. Es ist auch möglich, Abschnitte verschiedener endgültiger Formgegenstände zu verbinden, um Formgegenstände mit den oben beschriebenen Bereichen oder Gruppen zu erzielen.
Die vorliegende Erfindung ist nun mit Bezug auf mehrere ihrer Ausführungsformen beschrieben worden. Die vorhergehende detaillierte Beschreibung und die Beispiele wurden nur zum Erreichen eines klaren Verständnisses angegeben. Es sollten diesen keine unnötigen Einschränkungen entnommen werden. Es wird für Fachleute offensichtlich sein, daß bei den beschriebenen Ausführungsformen viele Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom in den Ansprüchen definierten Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Demgemäß soll der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nicht auf die hierin beschriebenen genauen Einzelheiten und Strukturen, sondern vielmehr durch die im Wortlaut der Ansprüche beschriebenen Strukturen und durch gleichwertige Ausgestaltungen dieser Strukturen eingeschränkt sein.

Claims

1. Verfahren zum Bilden eines geschichteten Laminat- Formteils (10) mit den Schritten:

a) Orientieren mehrerer Platten (12), daß ihre jeweiligen Hauptebenen unter einem ersten Winkel zu einer festen Bezugsebene und parallel zueinander verlaufen, wobei jede der Platten eine erste Hauptfläche (24) und eine gegenüberliegende, parallele zweite Hauptfläche (16) aufweist, die zwischen sich die Hauptebene (28) von jeder der mehreren Platten festlegen, und wobei jede der Platten weiter eine die erste und die zweite Hauptfläche verbindende Formfläche (18) aufweist,

b) Bilden einer Nut (40) in den mehreren Platten, die eine Nutfläche aufweist, die durch eine zylindrische Fläche festgelegt ist, welche das Ergebnis des Verschiebens eines zweidimensionalen Nutprofils entlang einer zur Hauptebene (28) und/oder zur Formfläche (18) schrägen Linie über die Platte ist, und wobei die Nutfläche jede jeweilige erste Plattenhauptfläche und jede jeweilige Plattenformfläche schneidet, und daraufhin

c) Neuorientieren der Platten, daß ihre jeweiligen Hauptebenen unter einem zweiten Winkel zum Bezug für das Formen verlaufen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Formflächen der mehreren Platten nach Ausführen des Schritts c) koplanar sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt b) das Bilden einer Nut mit einer planaren ersten Nutfläche (42), einer planaren zweiten Nutfläche (44) und einer die erste und die zweite Nutfläche verbindenden Basis (46) aufweist, wobei die erste Nutfläche jede jeweilige erste Plattenhauptfläche und jede jeweilige Plattenformfläche schneidet, wobei die zweite Nutfläche jede jeweilige erste Plattenhauptfläche und jede jeweilige Plattenformfläche schneidet und wobei die Basis schräg zur Hauptebene und/oder zur Formfläche verläuft.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt b) das Herbeiführen einer Relativbewegung zwischen den mehreren Platten und einem Schneidwerkzeug aufweist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Nutfläche durch eine zylindrische Fläche festgelegt wird, die das Ergebnis des Verschiebens des zweidimensionalen Nutprofils entlang einer zur Hauptebene der Platte schrägen Linie über die Platte ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt b) das Bilden mehrerer Nuten aufweist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, welches den weiteren Schritt aufweist:

d) Bewegen einer ersten der mehreren Platten bezüglich einer zweiten und einer dritten Platte, die jeweils an die erste Platte angrenzen, so daß ein durch eine erste der mehreren Nuten in der ersten Platte gebildeter Hohlraum gegenüber Hohlräumen versetzt wird, die durch die erste Nut in der zweiten und der dritte Platte gebildet werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei:

jede der Platten weiter ein erstes Ende (24) und ein gegenüberliegendes zweites Ende (26) aufweist, die die erste und die zweite Hauptfläche verbinden, und

die mehreren Platten mehrere erste Platten mit einer vom ersten Ende bis zum zweiten Ende gemessenen ersten Länge und mehrere zweite Platten mit einer vom ersten Ende bis zum zweiten Ende gemessenen zweiten Länge aufweisen, wobei die zweite Länge größer ist als die erste Länge,

wobei das Verfahren die weiteren Schritte aufweist:

a') vor dem Schritt b) erfolgendes derartiges Ausrichten der mehreren ersten und der mehreren zweiten Platten, daß jedes der ersten Plattenenden (24) koplanar ist, und

b') nach dem Schritt b) erfolgendes derartiges Ausrichten der mehreren ersten und der mehreren zweiten Platten, daß jedes der zweiten Plattenenden (26) koplanar ist.

9. Verfahren nach Anspruch 1, welches den weiteren Schritt aufweist:

d) nach dem Schritt b) erfolgendes derartiges Einführen mehrerer Abstandselemente (12') in das Formteil, daß ein jeweiliges der mehreren Abstandselemente an eine jeweilige der mehreren Platten angrenzt, wobei jedes jeweilige Abstandselement mindestens jenen Abschnitt der ersten Hauptfläche jeder jeweiligen Platte überlagert, der durch die erste und die zweite Nutfläche geschnitten wird.

10. Geschichtetes Laminat-Formteil (10), aufweisend:

mehrere Platten (12), von denen jede aufweist:

eine erste Hauptfläche (14) und eine zweite Hauptfläche (16), die zueinander parallel und gegenüberliegend angeordnet sind und zwischen sich eine Hauptebene (28) von jeder der mehreren Platten festgelegen,

eine Formfläche (18), die die erste und die zweite Hauptfläche verbindet, und

mehrere Hohlräume (40) in jeder der mehreren Platten, wobei jeder der Hohlräume mindestens zur Formfläche (18) offen ist und eine Hohlraumfläche aufweist, die durch eine zylindrische Fläche festgelegt ist, welche das Ergebnis des Verschiebens eines zweidimensionalen Hohlraumprofils entlang einer zur Hauptebene (28) und/oder zur Formfläche (18) schrägen Linie über die Platte ist, und wobei die Hohlraumfläche jede jeweilige erste Plattenhauptfläche und jede jeweilige Plattenformfläche schneidet,

wobei die erste Hauptfläche einer ersten der mehreren Platten an die zweite Hauptfläche einer zweiten der mehreren Platten angrenzt.

11. Formteil nach Anspruch 10, wobei die Formflächen von jeder der mehreren Platten koplanar sind.

12. Formteil nach Anspruch 10, wobei die Hohlraumfläche eine planare erste Hohlraumfläche (42), eine planare zweite Hohlraumfläche (44) und eine die erste und die zweite Hohlraumfläche verbindende Basis (46) aufweist, wobei die erste Hohlraumfläche jede jeweilige erste Plattenhauptfläche und jede jeweilige Plattenformfläche schneidet, wobei die zweite Hohlraumfläche jede jeweilige erste Plattenhauptfläche und jede jeweilige Plattenformfläche schneidet und wobei die Basis schräg zur Hauptebene (28) und/oder zur Formfläche (18) verläuft.

13. Formteil nach Anspruch 10, wobei die Hohlraumfläche durch eine zylindrische Fläche festgelegt ist, welche das Ergebnis des Verschiebens des zweidimensionalen Hohlraumprofils entlang einer zur Hauptebene der Platte schrägen Linie über die Platte ist.

14. Formteil nach Anspruch 10, wobei jeder der Formteilhohlräume an der Formfläche der Platten offen ist und durch

i) eine durch die Hohlraumfläche gebildete erste Hohlraumfläche und/oder

ii) eine zweite Hohlraumfläche, die durch die an die erste Hauptfläche der ersten Platte angrenzende zweite Hauptfläche einer zweiten der mehreren Platten festgelegt ist, begrenzt ist.

15. Formteil nach Anspruch 12, wobei jeder der Formteilhohlräume an der Formfläche der Platten offen ist und mindestens durch

i) eine erste Hohlraumfläche, die durch die erste Hohlraumfläche in einer ersten der mehreren Platten festgelegt ist,

ii) eine zweite Hohlraumfläche, die durch die zweite Hohlraumfläche in der ersten Platte festgelegt ist,

iii) eine Hohlraumbasis, die durch die Hohlraumbasis in der ersten Platte festgelegt ist, und

iv) eine dritte Hohlraumfläche, die durch die an die erste Hauptfläche der ersten Platte angrenzende zweite Hauptfläche einer zweiten der mehreren Platten festgelegt ist, begrenzt ist.

16. Formteil nach Anspruch 10, das weiterhin mehrere Abstandselemente (12') aufweist, wobei ein jeweiliges der mehreren Abstandselemente an eine jeweilige der mehreren Platten angrenzt, wobei jedes jeweilige Abstandselement mindestens jenen Abschnitt der ersten Hauptfläche jeder jeweiligen Platte überlagert, der durch die erste und die zweite Hohlraumfläche geschnitten wird.