GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausbilden von Volumenkörpern, insbesondere von Elementen von Möbelstücken und/oder Elementen der Baumittelindustrie.

STAND DER TECHNIK

Es ist die WO 2013/180609 AI bekannt, die ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum schichtweisen Ausbilden eines Gegenstandes betrifft. Das schichtweise bzw. additive Ausbilden von Körpern fällt in den Bereich der generativen Verfahren und kann damit dem sogenannten 3D-Druck zugeordnet werden .

Der besondere Vorteil solcher Verfahren liegt darin, dass Volumenkörper in verschiedensten Geometrien aufgebaut werden können. Dabei sind durch den additiven Materialauftrag auch komplexe Geometrien möglich.

Dadurch, dass die Materialen Schritt für Schritt aufgebracht werden, kann jede neue Schicht allerdings nur auf eine bereits vorhandene Schicht aufgebracht werden. Was sich zunächst wie eine Trivialität anhört hat weitreichende Konsequenzen für den fertigen Volumenkörper, da die gezwungenermaßen massive Bauweise lange Fertigungszeiten und unangemessen hohe Bauteilgewichte bedingt.

GEGENSTAND DER ERFINDUNG

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Volumenkörpern bereitzustellen, das raschere Fertigungsgeschwindigkeiten und eine Gewichtsreduktion der fertigen Volumenkörper ermöglicht.

Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist hierbei, auf ein Auftragungsmaterial zurückzugreifen, das aufgeschäumt werden kann, und die Porengröße des aufgeschäumten Auftragungsmaterials in Abhängigkeit der entsprechenden Stelle des Volumenkörpers einzustellen, an der das

Auftragungsmaterial aufgetragen wird.

Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung hierfür ein Verfahren zur Ausbildung von Volumenkörpern gemäß Anspruch 1 bereit. Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt.

Damit umfasst ein Verfahren zum Ausbilden von Volumenkörpern, insbesondere von Elementen von Möbelstücken und/oder Elementen der Baumittelindustrie, die Schritte: Aufschäumen eines Auftragungsmaterials, Aufbringen des Auftragungsmaterials, um einen Volumenkörper mit mehreren Abschnitten auszubilden, und Einstellen der Porengrößen des aufgeschäumten

Auftragungsmaterials in Abhängigkeit des jeweiligen Abschnitts des Volumenkörpers.

Der Begriff „Volumenkörper" ist dabei als ein struktureller Körper zu verstehen, dessen Dimensionen über eine Beschichtung oder eine bedruckte Oberfläche hinausgehen. Insbesondere soll der Volumenkörper eine Dicke von mindestens 500 μπι aufweisen.

Die Porengröße bemisst sich dabei nach der Porengröße des aufgeschäumten Auftragungsmaterials, d.h. nach der Porengröße im fertigen Volumenkörper. Hierbei ist zu beachten, dass beispielsweise nach dem Ausgeben des Auftragungsmaterials noch ein „Nachblähen" erfolgen kann, welches aber durch geeignete Maßnahmen kontrolliert werden kann und somit ebenfalls unter das Einstellen bzw. das Variieren der Porengröße fällt.

Durch das Aufschäumen des Auftragungsmaterials kann zunächst ein besonders leichtes Grundmaterial für den Volumenkörper verwendet werden. Ferner sind durch das Aufschäumen die Poren im durch das Aufschäumen porösen Auftragungsmaterial zufällig verteilt, was trotz der Gewichtersparnis dennoch eine sehr feste Struktur des Volumenkörpers bedingt. Durch das Einstellen der Porengrößen in Abhängigkeit des entsprechenden Abschnittes des Volumenkörpers kann ferner noch besser auf die gewünschten Eigenschaften des fertigen Volumenkörpers eingegangen werden. Beispielsweise kann dabei die Porengröße unter Berücksichtigung der gewünschten Härte des entsprechenden Abschnitts eingestellt werden. Auch die gewünschte Oberflächenbeschaffenheit in außenliegenden bzw. zugänglichen Abschnitten des Volumenkörpers kann geeignet eingestellt werden.

Insgesamt kann so ein besonders leichter Volumenkörper erhalten werden, der flexibel auf den gewünschten Einsatz abgestimmt werden kann. Durch das Aufschäumen können geeignete Abschnitte des Volumenkörpers ferner besonderes rasch gefertigt werden.

Die oben bzw. in Anspruch 1 genannten Verfahrensschritte sind nicht auf eine bestimmte Reihenfolge festgelegt. So kann das Aufschäumen beispielsweise nach, vor oder bei dem Ausbringen des Auftragungsmaterials vollzogen werden.

Das Aufschäumen des Auftragungsmaterials kann dahingehend verstanden werden, dass es den Schritt des Initiierens des AufSchäumens umfasst.

Bevorzugt erfolgt das Initiieren des Aufschäumens vor oder während des Ausbringens des Auftragungsmaterials.

Dies ist nicht nur der Kontrollierbarkeit des Aufschäumungsvorgangs zuträglich sondern gestattet auch kürzere Fertigungszeiten.

Alternativ kann das Aufschäumen auch erst nach dem Ausbringen des Auftragsmaterials initiiert werden. Dies gelingt beispielsweise dadurch, dass ein entsprechend ausgelegtes Auftragungsmaterial verwendet wird, bei dem das Aufschäumen erst nach dem Ausbringen (beispielsweise durch Reaktion mit Luftsauerstoff) ausgelöst wird.

Bevorzugt stellt das Aufbringen einen additiven bzw. generativen Vorgang dar, bei dem das Auftragungsmaterial sukzessive, Schicht für Schicht aufgebracht wird, um den Volumenkörper sukzessive, Abschnitt für Abschnitt auszubilden.

Der additive Materialauftrag hat dabei den Vorteil, dass auch komplexe Geometrien und verschiedenste Volumenkörper mit ein und demselben Verfahren und ein und demselben Werkzeugsatz ausgebildet werden können, und dass innerhalb des Volumenkörpers ein hochstabiler Verbund gewährleistet ist.

Bevorzugt beinhaltet das Einstellen der Porengröße des aufgeschäumten Auftragungsmaterials in Abhängigkeit des jeweiligen Abschnitts des Volumenkörpers eine Variation der Porengröße zwischen den Abschnitten des Volumenkörpers.

Dies hat den Vorteil, dass beispielsweise in geeigneten Abschnitten des Volumenkörpers eine große Porengröße gewählt werden kann, was eine Materialersparnis und somit eine Gewichtreduktion des Volumenkörpers und eine beschleunigte Fertigung bedingt. In anderen Bereichen, welche beispielsweise strukturell stärker beansprucht sind, kann dann eine kleinere Porengröße gewählt werden, um den Volumenkörper in diesen Abschnitten belastbarer zu machen und ggf. mit einer größeren Härte zu versehen. Auch können kleinere Porengrößen ggf. zu einem ansprechenderen Erscheinungsbild des Volumenkörpers beitragen. Insgesamt erhöht sich somit die Flexibilität bei der Ausbildung des Volumenkörpers unter gleichzeitiger Gewichtsersparnis nochmals.

Bevorzugt erfolgt das Einstellen der Porengröße kontinuierlich während des Aufbringens.

Das kontinuierliche Einstellen bezieht sich hierbei auf den Aufbringvorgang und bedeutet, dass der eigentliche Vorgang des Ausbildens des Volumenkörpers durch das Einstellen der Porengröße nicht unterbrochen wird. Soll von einem Abschnitt zum einem anderen Abschnitt des Volumenkörpers die Porengröße eingestellt werden, kann dies mit anderen Worten kontinuierlich während des Aufbringens geschehen. Folglich bedeutet das vorgenannte kontinuierliche Einstellen der Porengröße nicht (bzw. nicht notwendigerweise) , dass auch die Porengröße im Volumenkörper kontinuierlich variiert. Die Porengröße an sich kann also auch sprunghaft bzw. unstetig wechseln, wobei der Wechsel bezogen auf das Verfahren aber kontinuierlich während des Aufbringens erfolgt.

Bevorzugt wird die Porengröße derart eingestellt, dass das aufgeschäumte Auftragungsmaterial für außenliegende Abschnitte des Volumenkörpers eine geringere Porengröße aufweist als das aufgeschäumte Auftragungsmaterial für innenliegende Abschnitte des Volumenkörpers.

Die außenliegenden Abschnitte bezeichnen dabei die zugänglichen bzw. sichtbaren Abschnitte des Volumenkörpers. Durch die Vornahme der vorgenannten Einstellung kann für außenliegende Abschnitte beispielsweise ein ansprechendes äußeres Erscheinungsbild realisiert werden. Auch kann die Härte der außenliegenden Abschnitte des Volumenkörpers gesteigert werden, was die strukturelle Stabilität weiter befördert ohne das Gewicht in die Höhe zu treiben.

Hierbei ist weiter bevorzugt, dass die außenliegenden Abschnitte des Volumenkörpers (d.h. das aufgeschäumte Auftragungsmaterial für die außenliegenden Abschnitte) eine geringere Porengröße aufweisen, als die innenliegenden Abschnitte des Volumenkörpers (d.h. das aufgeschäumte Auftragungsmaterial für die innenliegenden Abschnitte) .

Mit anderen Worten weist damit die gesamte äußere Hülle, das heißt die Gesamtheit der außenliegenden, zugänglichen bzw. sichtbaren Abschnitte eine geringere Porengröße auf als die innenliegenden Abschnitte. Damit wird eine zusammenhängende Hülle geringer Porosität gebildet, was wiederum dem Erscheinungsbild, der Härte nach Außen und der Stabilität des Volumenkörpers zuträglich ist.

Gemäß einer Weiterbildung können dem Auftragungsmaterial gezielt Additive zugesetzt werden, wobei der Zusatz der Additive ebenfalls in Abhängigkeit des jeweiligen Abschnitts des Volumenkörpers erfolgt.

Die Additive sind bevorzugt derart ausgelegt, dass sie die physikalischen Eigenschaften (wie Härte, Farbe,

Oberflächenbeschaffenheit) des aufgeschäumten

Auftragungsmaterials beeinflussen, wobei durch die Zugabe der Additive die physikalischen Eigenschaften des aufgeschäumten Auftragungsmaterials in Abhängigkeit des jeweiligen Abschnitts des Volumenkörpers eingestellt und insbesondere von Abschnitt zu Abschnitt variiert werden.

Die Additive umfassen beispielsweise Härtemittel, Pigmente oder Farbstoffe bzw. Oberflächen-verändernde Ergänzungsstoffe mit welchen sich die Härte, die Oberflächenanmutung und die Farbe in den entsprechenden Abschnitten des Volumenkörpers beeinflussen lassen. So ist beispielsweise denkbar, für außenliegende Abschnitte des Volumenkörpers besondere Farbstoffe zuzugeben, welche dem Volumenkörper insgesamt das gewünschte farbliche Erscheinungsbild verleihen. Folglich können auch im Rahmen dieser Weiterbildung die Freiheitsgrade bezüglich der raschen Herstellung eines leichten Volumenkörpers weiter gesteigert werden.

Beispielsweise kann das Aufschäumen durch die gezielte Zugabe eines Treibgases, insbesondere Stickstoff oder Kohlendioxid, erfolgen (bzw. initiiert werden) und die Porengröße des Auftragungsmaterials wird durch Variation der Zugabe des Treibgases (bzw. durch die Menge des zugegebenen Treibgases) eingestellt . Dabei ist bevorzugt, dass das Treibgas in kryogener Form bzw. als Kryogen, wie etwa in Form von flüssigem Stickstoff oder Trockeneis (gefrorenes Kohlendioxid) , zugegeben wird.

Die Variation bzw. Einstellung der Porengröße auf Grundlage der Zugabe eines Treibgases stellt ein sehr gut kontrollierbares Verfahren dar, die Porengröße gezielt einzustellen. Wird beispielsweise mehr Treibgas zugegeben werden unmittelbar größere Poren erhalten und umgekehrt. Weiterhin lässt sich das Verhältnis zwischen Aktion und Reaktion recht einfach vorhersehen. Das heißt mit anderen Worten kann einfach berechnet werden, welche Zugabe des Treibgases zu welcher Porosität führt.

Die Zugabe des Treibgases als Kryogen hat ferner den Vorteil der einfachen Handhabbarkeit (vor allem hinsichtlich der Dosierung) . Innerhalb des erwärmten Auftragsmaterials erfolgt dann ein Sieden bzw. eine Sublimation des kryogenen Treibgases, was eine aufschäumende Wirkung erzeugt (initiiert) . Spätestens beim Ausbringen des Auftragsmaterials erfolgt damit ein Aufschäumen desselben.

Alternativ hierzu ist bevorzugt, dem Auftragungsmaterial Aufschäumungsmittel beizumischen, welche insbesondere geeignet sind, ihre aufschäumende Wirkung temperaturabhängig zu entfalten .

Damit kann die Porengröße des Auftragungsmaterials durch Variation der Temperatur des Auftragungsmaterials eingestellt werden. Dies weist insbesondere Vorteile hinsichtlich des Verfahrensablaufes auf, da die Temperatur beim Aufbringen des Auftragungsmaterials, etwa mit einem Extruder, ohnehin kontrolliert werden muss, um die gewünschten

Materialeigenschaften des Auftragungsmaterials beim Aufbringen zu gewährleisten.

Bevorzugt ist die temperaturabhängige Entfaltung der aufschäumenden Wirkung eine kontinuierliche, temperaturabhängige Änderung der aufschäumenden Wirkung. Alternativ stellt sich die temperaturabhängige Entfaltung der aufschäumenden Wirkung als Übergangstemperatur dar, an der die aufschäumende Wirkung des Aufschäumungsmittels aktiviert (initiiert) wird, und die Porengröße des Auftragungsmaterials wird, insbesondere beim Aufbringen des Auftragungsmaterials, durch Variation der Temperatur des Auftragungsmaterials innerhalb eines Bereichs um die Übergangstemperatur eingestellt .

Damit kann die Porengröße zur Ausbildung des Volumenkörpers sehr genau und gleichzeitig sehr einfach dadurch eingestellt werden, dass das Aufschäumungsmittel an der

Übergangstemperatur „ein- und ausgeschaltet" wird.

Weiter bevorzugt sind dem Auftragungsmaterials zwei Spezies an Aufschäumungsmitteln beigemischt, wobei die erste Spezies ihre aufschäumende Wirkung bei einer ersten Temperatur entfaltet und die zweite Spezies ihre aufschäumende Wirkung bei einer zweiten Temperatur entfaltet, welche von der ersten Temperatur verschieden ist, und die Porengröße des Auftragungsmaterials wird, insbesondere beim Aufbringen des Auftragungsmaterials, durch Variation der Temperatur des Auftragungsmaterials innerhalb eines Bereichs um die zweite Temperatur eingestellt.

Die Bereitstellung eines solchen Auftragungsmaterials mit den vorgenannten Eigenschaften ermöglicht, die Porengröße zur Ausbildung des Volumenkörpers sehr genau und gleichzeitig sehr einfach einzustellen. So kann durch Variation der Temperatur des Auftragungsmaterials in einem Bereich um die zweite Temperatur die zweite Spezies „ein- und ausgeschaltet" werden. Das Einschalten oder Aktivieren kann je nach Wahl der ersten und zweiten Temperaturen beim Übergang zu wärmeren oder kälteren Temperaturen erfolgen. Ist die zweite Spezies „eingeschaltet" bzw. aktiviert, ist die aufschäumende Wirkung insgesamt größer und die Porosität erhöht sich entsprechend.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die zweite Temperatur höher als die erste Temperatur. Somit lassen sich Volumenkörper die abschnittsweise zwei unterschiedliche Porositäten aufweisen, einfach ausbilden. Der Rückgriff auf eine dezidierte Übergangstemperatur (d.h. die zweite Temperatur) stellt dabei ein einfach zu handhabendes, effektives und sehr präzises Werkzeug dar, die gewünschten Eigenschaften zu erlangen.

Gemäß einer Weiterbildung sieht das Verfahren vor, dass die Variation der Temperatur des Auftragungsmaterials innerhalb eines Bereichs um die zweite Temperatur eine aktive Kühlung des Auftragungsmaterials umfasst.

Durch die aktive Kühlung kann die Temperatur des Auftragungsmaterials unter die zweite Temperatur gezielt gefördert werden, was die Handhabbarkeit des Verfahrens durch die verkürzte Reaktionszeit beim Übergang zur geringeren Porengröße weiter verbessert.

Ferner bevorzugt werden dem Austragungsmaterial zwei Komponenten zudosiert, wobei die beiden Komponenten derart ausgelegt sind, dass sie bei einem Vermischen miteinander, und insbesondere durch Reaktion miteinander, eine aufschäumende Wirkung zur Aufschäumung des Auftragungsmaterials entfalten (d.h. das Aufschäumen initiieren), und die aufschäumende Wirkung von dem Verhältnis der beiden Komponenten abhängt. Das Verfahren umfasst dann zusätzlich den Schritt des Einstellens der Porengröße des Auftragungsmaterials durch Variation des Verhältnisses der beiden Komponenten im Auftragungsmaterial.

Das „Verhältnis" kann dabei beispielsweise auf das Gewicht, das Volumen oder die stöchiometrische Menge bezogen sein.

Die aufschäumende Wirkung entfaltet sich dann insbesondere durch Reaktion der beiden Komponenten miteinander und kann deshalb auch als chemisches Aufschäumen bezeichnet werden. Hierbei ist denkbar, dass ein Reaktionsprodukt besagter Reaktion im Auftragungsmaterial einen Aufschäumungsvorgang induziert. Beispielsweise kann ein Gas wie Kohlendioxid freigesetzt werden, das „blähend" wirkt. Spätestens beim Ausbringen des Auftragungsmaterials erfolgt dann ein Aufschäumen desselben.

Der Rückgriff auf zwei Komponenten, welche durch Vermischen bzw. Reaktion miteinander eine aufschäumende Wirkung entfalten, stellt einen gut regulierbaren Weg dar, die aufschäumende Wirkung und damit die Porengröße zu variieren. Das Einstellen des obigen Verhältnisses kann durch das gleichzeitige gezielte Zudosieren beider Komponenten mit anschließendem Vermischen erfolgen. Alternativ kann eine Komponente im Vorhinein zudosiert (vorgelegt) sein, während die andere später zudosiert wird (mit anschließendem Vermischen) .

Bevorzugt ist ferner, dass bei dem Verfahren an den außenliegenden, d.h. zugänglichen Abschnitten des

Volumenkörpers ein Nachbearbeitungsschritt erfolgt, welcher insbesondere einen spanenden Nachbearbeitungsschritt umfasst.

Hierfür kann beispielsweise ein Fräsaggregat bzw. Schleifaggregat zum Einsatz gelangen, welches den außenliegenden Abschnitten das angestrebte Oberflächenfinish verleiht .

Ferner ist bevorzugt, dass das Auftragungsmaterial beim Auftragen eine pastöse Masse ist, die biologische Polymere, insbesondere Lignin und Naturfasern aufweist, wobei die Naturfasern bevorzugt aus Holz, Flachs, Hanf, Sisal, Jute und/oder anderen Pflanzenfasern gebildet sind.

Dies ist vor allem bei der Ausbildung von Volumenkörpern für Elemente in der Möbelindustrie vorteilhaft, da der im Wesentlichen biobasierte Volumenkörper dann für den Innenausbau gewohnte und bevorzugte Eigenschaften aufweist und sehr gut biologisch abbaubar ist. Als weiterer Vorteil dieses Materials ist ferner die Möglichkeit einer ressourcenschonenden Herstellung zu nennen. Der Ausdruck „pastös" heißt in diesem Zusammenhang, dass das Auftragungsmaterial beim Aufbringen desselben eine pastöse Konsistenz mit einer entsprechenden Viskosität aufweist. Dies stellt einerseits die einfache Verarbeitung des Auftragungsmaterials beim Aufbringen sicher und garantiert andererseits, dass das Auftragungsmaterial sich mit bereits vorhandenen Schichten des Volumenkörpers optimal verbinden kann bzw. gegebenenfalls in diese eindringen kann. Weiterhin kann ein übermäßiges Fließen des Auftragungsmaterials verhindert werden.

Davon abweichend ist insbesondere in Verbindung mit einem Auftragsmaterial, das derart ausgelegt ist, dass das Aufschäumen erst nach dem Ausbringen desselben initiiert wird, auch denkbar, ein im Wesentlichen flüssiges

Auftragungsmaterial zu verwenden, was den Vorteil einer verbesserten Kriechfähigkeit mit sich bringt.

Je nach Einsatzgebiet kann ferner bevorzugt sein, dass das Auftragungsmaterial eine metallische oder mineralische Paste aufweist und/oder eine pastöse Kunststoffmasse aufweist.

Derartige Werkstoffe sind insbesondere bei zu erwartenden rauen Umgebungsbedingungen vorteilhaft, da sie dem Volumenkörper eine sehr gute Dauerhaltbarkeit verleihen.

Es ist ferner anzumerken, dass das Auftragungsmaterial nicht auf die vorgenannten Beispiele beschränkt ist. Es können auch weitere geeignete Schaummaterialien aus dem Bereich der Bauelementeindustrie, wie beispielsweise PU-Schaum oder 2K- Schaum zum Einsatz gelangen.

Ferner weist das Verfahren gemäß einer Weiterbildung den Schritt des Beschichtens von außenliegenden Abschnitten bzw. der außenliegenden Abschnitte des Volumenkörpers mit einer Beschichtung und/oder das Bedrucken von außenliegenden Abschnitten bzw. der außenliegenden Abschnitten des Volumenkörpers auf. Mit diesen Verfahrensschritten können die optischen und haptischen Eigenschaften des Volumenkörpers mit großer Flexibilität eingestellt werden, ohne dass hinsichtlich des Gewichts des Volumenkörpers oder der Fertigungsgeschwindigkeit allzu große Kompromisse eingegangen werden müssen.

Als ein weiterer Aspekt wird ein aufschäumbares Auftragungsmaterial bereitgestellt, das zwei Spezies an Aufschäumungsmitteln enthält, wobei die erste Spezies ihre aufschäumende Wirkung bei einer ersten Temperatur entfaltet und die zweite Spezies ihre aufschäumende Wirkung bei einer zweiten Temperatur entfaltet, welche höher als die erste Temperatur ist.

Als ein weiterer Aspekt wird ferner ein Volumenkörper bereitgestellt, welcher aus porösem Material ausgebildet ist und mehrere Abschnitte aufweist, wobei die Porengröße (Porosität) abschnittsweise, und hierbei insbesondere von Abschnitt zu Abschnitt, unstetig variiert. Bevorzugt weisen innenliegende Abschnitte (bzw. die innenliegenden Abschnitte) eine größere Porengröße als außenliegende Abschnitte (bzw. die außenliegenden Abschnitte) des Volumenkörpers auf.

Weitere Aspekte betreffen ferner die Verwendung des vorgenannten Verfahrens zur Ausbildung des vorgenannten Volumenkörpers sowie die Verwendung des aufschäumbaren Auftragungsmaterials zur Ausbildung des vorgenannten Volumenkörpers .

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Figur 1 stellt eine Vorrichtung zur Ausbildung eines Volumenkörpers schematisch dar.

Figur 2 stellt einen Querschnitt durch einen Volumenkörper dar . AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend ausführlich in Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Weitere in diesem Zusammenhang genannte Modifikationen können jeweils miteinander kombiniert werden, um neue Ausführungsformen auszubilden.

Figur 1 stellt eine stark vereinfachte schematische Darstellung einer Vorrichtung 10 zur Ausbildung von Volumenkörpern und insbesondere zur beispielhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens da.

Die Vorrichtung 10 weist einen Träger 12 auf, auf dem der Volumenkörper 100 aufgebaut ist. Der Volumenkörper 100 wird dabei bevorzugt durch einen additiven Materialauftrag Schritt für Schritt in unterschiedlichen Abschnitten 101 und 102 aufgebaut. In Figur 1 ist dies durch die unterschiedlichen Schichten bzw. Abschnitte 101 und 102 des Volumenkörpers 100 dargestellt .

Zum Materialauftrag ist eine Auftragungseinheit 11 vorgesehen. Diese ist dazu geeignet, eine definierte Menge des Auftragungsmaterials an einer definierten Position auf den Träger 12 bzw. auf bereits bestehende Schichten 101 und 102 des Volumenkörpers 100 aufzubringen.

Der Materialauftrag bzw. der Aufbau des Volumenkörpers erfolgt dabei additiv, das heißt, dass auf bereits aufgetragenes Auftragungsmaterial präzise neues Auftragungsmaterial aufgegeben wird. Dabei ist vorteilhaft, wenn die Auftragungseinheit 11 bezüglich des Trägers 12 in zumindest drei Raumrichtungen verfahren werden kann. Dies ist durch die Pfeile oberhalb der Auftragungseinheit 11 in Figur 1 angedeutet. Weiterhin kann es für komplizierte Volumenkörper sinnvoll sein, wenn die Auftragungseinheit 11 bezüglich des Trägers 12 weiterhin in zusätzliche zwei Richtungen verschwenkbar ist, sodass die Auftragungseinheit 11 bezüglich des Trägers 12 unabhängig in fünf Richtungen ausgerichtet werden kann, was die Flexibilität beim Ausbilden des Volumenkörpers 100 erhöht. Dies gelingt mit einem geeigneten Werkzeugträger (welcher allerdings nicht dargestellt ist) , in den die Auftragungseinheit 11 aufgenommen ist. Dieser kann beispielsweise ein Fünfachs-Werkzeugträger, etwa ein kardanischer Fünfachskopf oder ein kartesischer Fünfachskopf, sein .

Daneben verfügt die Vorrichtung 10 über eine Steuereinrichtung 13, welche derart ausgelegt ist, dass sie die Auftragungseinheit 11 steuert. Diese Steuerung umfasst dabei sowohl die Positionierung der Auftragungseinheit 11, als auch das Regeln des eigentlichen Aufbringens des

Auftragungsmaterials sowie das Einstellen der Porengröße durch Beeinflussung des AufSchäumens des Auftragungsmaterials.

Das Aufschäumen kann beispielsweise durch Zugabe von Treibgas, insbesondere Stickstoff-Gas oder Kohlenstoffdioxid-Gas , induziert werden, oder aber durch Aktivierung eines geeigneten Aufschäumungsmittels erfolgen, das dem Auftragungsmaterial beigegeben ist.

Die Steuereinrichtung 13 ist derart ausgelegt, dass sie die Porengröße des aufgeschäumten Auftragungsmaterials im Volumenkörper 100 in Abhängigkeit des jeweiligen Abschnitts 101, 102 des Volumenkörpers 100 einstellen kann. Hierfür nimmt sie Einfluss auf die Auftragungseinheit 11 und stellt beispielsweise die Parameter, mit denen die Aufbringung des Auftragungsmaterials erfolgt, entsprechend ein.

Ferner kann die Steuereinrichtung 13 derart ausgestaltet sein, dass sie eine Eingabeeinrichtung aufweist, in die Informationen (wie etwa Form, Größe, gewünschte Festigkeit, Farbe, Härte etc.) hinsichtlich des auszubildenden dreidimensionalen Volumenkörpers eingegeben werden können, wobei die Steuereinrichtung 13 dann derart ausgelegt ist, dass sie aus diesen Informationen die entsprechenden Abschnitte des Volumenkörpers berechnet. Die Berechnung der Abschnitte kann auf Grundlage von geometrischen Überlegungen, unter ästhetischen Gesichtspunkten (beispielsweise die

Identifizierung sichtbarer Abschnitte) oder basierend auf Stabilitäts- Überlegungen/Berechnungen (beispielsweise können hier strukturell belastete Abschnitte identifiziert werden) erfolgen. Mit anderen Worten kann die Steuereinrichtung 13 derart ausgelegt sein, dass sie den auszubildenden Volumenkörper auf Grundlage der eingegebenen Information virtuell in Abschnitte segmentiert und die Porengröße des aufgeschäumten Auftragungsmaterials für jeden der Abschnitte des Volumenkörpers entsprechend einstellt. Insbesondere kann hierbei auf Cad-Modelle zurückgegriffen werden. Diese können dann mit Funktionsflächen versehen werden, welche z.B. die Festigkeit und Farbe oder die Oberflächenbeschaffenheit vorgeben .

Wie in Figur 1 angedeutet, ist die Auftragungseinheit 11 bevorzugt ein Extruder 11 zum Ausbringen des Auftragungsmaterials (d.h. das Ausbringen des

Auftragungsmaterials erfolgt mit einem Extruder) .

Der Extruder 11 fördert bevorzugt granuläres Rohmaterial des Auftragungsmaterials unter Erwärmung hin zu einer Austrittsöffnung 14. Das Rohmaterial für das

Auftragungsmaterial kann dabei in einem nicht gezeigten Vorratsbehälter bevorratet sein, der über ein geeignetes Verbindungselement (etwa einen Schlauch) mit dem Extruder 11 in Verbindung steht. Wie erwähnt, ist der Extruder 11 dabei in einer Werkzeugaufnahme aufgenommen, welche allerdings nicht dargestellt ist.

Zusätzlich kann die Vorrichtung weitere Bearbeitungswerkzeuge aufweisen, welche entweder in einer separaten Werkzeugaufnahme aufgenommen sind oder in die Werkzeugaufnahme des Extruders 11 einwechselbar sind. Diese zusätzlichen Bearbeitungswerkzeuge können beispielsweise ein Bearbeitungsaggregat zur spanenden Bearbeitung des Volumenkörpers 100 oder eine Vorrichtung zum Beschichten oder Bedrucken des Volumenkörpers 100 umfassen. Am Volumenkörper 100 können dann weitere Bearbeitungsschritte ausgeführt werden - entweder nach Beendigung des Materialauftrags oder zwischen mehreren Aufbringungsvorgängen. Diese Bearbeitungsschritte können beispielsweise eine spanende Bearbeitung wie das Abfräsen bzw. Abschleifen von Abschnitten des Volumenkörpers 100 oder das Beschichten oder Bedrucken von Abschnitten des Volumenkörpers 100 umfassen. Auch diese Vorgänge werden durch die Steuereinrichtung 13 gesteuert, welche entsprechend ausgelegt ist.

Hinsichtlich der Auftragungseinheit 11 erfolgt das Einstellen der Porengröße des Auftragungsmaterials bevorzugt kontinuierlich während des Aufbringens desselben. Kontinuierlich heißt in diesem Zusammenhang, dass das Aufbringen an sich nicht unterbrochen werden muss, aber dennoch definierte und ggf. hinsichtlich der Porengröße unstetige Abschnittsgrenzen im Volumenkörper 100 möglich sind (falls erwünscht) .

Ein solches Einstellen (bzw. allgemein das Einstellen der Porengröße) kann in Verbindung mit dem Extruder 11 durch die Verwendung eines Treibgases erfolgen, welches in die Förderkammer des Extruders 11 eingegeben wird. Dies kann durch eine nicht dargestellte separate Zuleitung geschehen. Bevorzugt ist hierbei, das Treibgas in kryogener Form, bspw. in Form von flüssigem Stickstoff oder Trockeneis, zuzugeben. Der Aufschäumvorgang wird dann durch das Verdampfen bzw. Sublimieren des kryogenen Treibgases initiiert.

Durch die Variation des Drucks (der Menge) , mit dem das Treibgas in die Förderkammer und damit in das Auftragungsmaterial eingegeben wird, kann dann die Porengröße des Auftragungsmaterials variiert werden. Die Verwendung von Treibgas zum Aufschäumen ist dabei selbstverständlich nicht auf den Extruder 11 als Auftragungseinheit beschränkt.

Alternativ bzw. zusätzlich hierzu kann dem Auftragungsmaterial ein Aufschäumungsmittel zugesetzt sein, das seine aufschäumende Wirkung bevorzugt durch Zufuhr von Wärme temperaturabhängig entfaltet. Dies ist vorteilhaft, da beispielsweise bei Verwendung eines Extruders ohnehin ein Erwärmen des Auftragungsmaterials stattfindet. Ist das Aufschäumungsmittel , welches dem Auftragungsmaterial beigemischt ist, dann derart ausgelegt, dass es seine aufschäumende Wirkung bei einer Übergangstemperatur (d.h. aktiviert wird) entfaltet, kann die Porengröße des Auftragungsmaterials durch Variation der Temperatur des Auftragungsmaterials in einem Bereich um die

Übergangstemperatur einfach und genau eingestellt werden. Diese Temperaturänderung wird dann durch die Steuereinrichtung 13 vorgenommen.

Ein solches Einstellen der Porengröße über die Temperatur des Auftragungsmaterials hat dabei den Vorteil, dass die Temperatur innerhalb der Auftragungseinheit 11 ohnehin ein Parameter ist, der im Verarbeitungsprozess gesteuert wird. So erfolgt beispielsweise bei Verwendung eines Extruders als Auftragungseinheit eine Regulierung der Temperatur über den Druck in der Förderkammer des Extruders (Verringerung der inneren Friktion durch geringeren Förderdruck) . Ferner können zur Erlangung einer geeigneten Verarbeitungstemperatur bereits weitere (externe) Heizeinrichtungen vorhanden sein, um das Auftragungsmaterial geeignet zu temperieren.

Um die gezielte und vor allem rasche Temperaturänderung des Auftragungsmaterials in diesem Sinne weiter zu fördern, kann die Auftragungseinheit 11 Mittel zur aktiven Kühlung und/oder (zusätzliche) Mittel zur aktiven Erwärmung des

Auftragungsmaterials aufweisen.

Bevorzugt wird ferner ein Auftragungsmaterial verwendet, dass zwei Spezies an Aufschäumungsmitteln aufweist, wobei die erste Spezies ihre aufschäumende Wirkung bei einer ersten Temperatur entfaltet (d.h. aktiviert wird) und die zweite Spezies ihre aufschäumende Wirkung bei einer zweiten Temperatur entfaltet (d.h. aktiviert wird), welche von der ersten Temperatur verschieden ist. Dabei kann die zweite Temperatur insbesondere höher als die erste Temperatur sein. Die Porengröße des Auftragungsmaterials bzw. die Porengrößen der Abschnitte 101 und 102 des Volumenkörpers 100 werden dann durch Variation der Temperatur des Auftragungsmaterials in einem Bereich um die zweite Temperatur eingestellt. Unterhalb dieser zweiten Temperatur ist nur die erste Spezies aktiviert, was zu einer geringeren Aufschäumungswirkung führt, als oberhalb der zweiten Temperatur, wenn beide Spezies aktiviert sind.

Der Bereich, innerhalb dessen die Temperatur des Auftragungsmaterials variiert wird, wird dabei vorteilhafterweise geeignet eingeschränkt, sodass insbesondere eine rasche Abkühlung unter die zweite Temperatur erreicht wird, was beim Übergang zu kleineren Porengrößen eine raschere Reaktionszeit zulässt und die Herstellungsgeschwindigkeit verbessert .

Der Bereich um die zweite Temperatur sowie die zweite Temperatur selbst sind derart gewählt, dass diese innerhalb eines Temperaturspektrums liegen, das eine gute Verarbeitbarkeit des Auftragungsmaterials gewährleistet. Vorteilhafterweise ist der Bereich um die zweite Temperatur ferner eng um die zweite Temperatur begrenzt (z.B. weist der Bereich eine Bereichsbreite von einigen % der zweiten Temperatur auf) und insbesondere ist die Obergrenze des Bereichs so gewählt, dass sie nur etwas oberhalb der zweiten Temperatur liegt (z.B. liegt die Temperatur-Obergrenze des Bereich, innerhalb dessen die Temperatur des

Auftragungsmaterials variiert wird, um einige wenige % über der zweiten Temperatur) .

Durch die derartige Begrenzung des Bereichs kann eine rasche Reaktionszeit bei der Variation der Porengröße erreicht werden, was insbesondere beim Übergang zu kleineren Porengrößen eine raschere Reaktionszeit zulässt. Die hinsichtlich des Bereichs um die zweite Temperatur getroffen Aussagen gelten auch für die oben eingeführte Übergangstemperatur .

Alternativ bzw. zusätzlich kann das Aufschäumen mittels eines zwei-Komponenten Systems bewerkstelligt bzw. initiiert werden. Dabei werden dem Austragungsmaterial zwei Komponenten zudosiert, wobei die beiden Komponenten derart ausgelegt sind, dass sie bei einem Vermischen miteinander (und insbesondere durch Reaktion miteinander) eine aufschäumende Wirkung zur Aufschäumung des Auftragungsmaterials entfalten, und die aufschäumende Wirkung von dem Verhältnis der beiden Komponenten abhängt. Die Porengröße des aufgeschäumten Auftragungsmaterials kann dann durch Variation des Verhältnisses der beiden Komponenten im Auftragungsmaterial eingestellt werden.

Das Einstellen des obigen Verhältnisses kann durch das gleichzeitige gezielte Zudosieren beider Komponenten mit anschließendem Vermischen erfolgen. Im Hinblick auf den Extruder 11 kann dieser hierfür über zwei separate (nicht gezeigte) Zuleitungen zur Förderkammer verfügen. Das Initiieren des Aufschäumens erfolgt dann durch Vermischen der beiden Komponenten mit Hilfe der Transportschnecke des Extruders in der Förderkammer, was die Reaktion der beiden Komponenten miteinander auslöst. Alternativ kann eine Komponente vorgelegt sein, während die andere später zudosiert wird. Dann ist lediglich eine Zuleitung zum Extruder nötig.

Ferner ist denkbar, dass das Auftragungsmaterial derart ausgelegt ist, dass es erst durch Reaktion mit Luftsauerstoff, beispielsweise unter Freisetzung von Kohlendioxid, aufschäumt.

Das Auftragungsmaterial ist zur besseren Handhabbarkeit beim Aufbringen bevorzugt pastös. Mit anderen Worten ist das Auftragungsmaterial derart ausgelegt, dass es beim bzw. nach dem Aufbringen eine pastöse Masse ist (bzw. eine pastöse Konsistenz aufweist) und dann im aufgeschäumten Zustand erhärtet. Vor dem Erhärten ist beispielsweise ein Viskositätsbereich von 20 000 mPa-s bis 100 000 mPa*s geeignet, da dies die notwendige Formbarkeit beim Aufbringen des Auftragungsmaterials gewährleistet.

Für einige Anwendungen ist allerdings auch ein zunächst flüssiges Auftragungsmaterial denkbar, welches zusätzlich vorteilhafterweise erst bei Kontakt mit Luft Sauerstoff und dann möglichst allmählich aufschäumt. Ein solches Auftragungsmaterial hat den Vorteil, dass es besonders gut in bestehende Strukturen eindringen kann.

Bevorzugt weist das Auftragungsmaterial ein Biopolymer auf, das sich durch biologische Abbaubarkeit auszeichnet und im Wesentlichen biobasiert ist, indem es beispielsweise durch fermentative und/oder polymer-chemische Prozesse aus Zucker hergestellt ist. Insbesondere weist das Biopolymer Lignin auf.

Des Weiteren können in dem Auftragungsmaterial Naturharze, Naturwachse, Naturöle, Cellulose und natürliche

Verstärkungsfasern, wie beispielsweise Holzfasern,

Flachsfasern, Hanf, Sisal, Jute, oder andere Pflanzenfasern enthalten sein. Das Auftragungsmaterial kann des Weiteren Polyhydroxialkanoate, Polyhydroxialbutyrate, Polycaprolacton, Polyester und/oder Stärke aufweisen.

Als zusätzlicher thermoplastischer Anteil werden insbesondere biologisch abbaubare Thermoplaste bzw. thermoplastische Polyester verwendet, wie beispielsweise Polyhydroxialkanoate, Polyhydroxialbutyrate und Polycaprolacton.

Durch das Aushärten des anfänglich pastösen, aufgeschäumten Auftragungsmaterials erstarrt das Auftragungsmaterial in den entsprechenden Abschnitten 101, 102 des Volumenkörpers 100 mit der eingestellten Porengröße des Auftragungsmaterials in dem so eingestellten porösen Zustand.

Dabei erfolgt das Aushärten des Auftragungsmaterials üblicherweise ohne zusätzliche Bearbeitungsschritte allein durch Abkühlen des Auftragungsmaterials durch die kühlere Umgebungsluft . Es ist allerdings auch denkbar, dass die entsprechenden Abschnitte des Volumenkörpers zur

Beschleunigung des Aushärtens beispielsweise mit Kühlluft beaufschlagt werden oder in Abhängigkeit des Materials eine andere Aushärtungstechnik zur Anwendung gelangt.

Gemäß bevorzugten Ausführungsformen kann das

Auftragungsmaterial derart ausgestaltet sein, dass dieses durch Energiezufuhr ausgehärtet werden kann. So ist beispielsweise ein chemisch vernetzendes Auftragungsmaterial denkbar, dass durch Bestrahlung mit Infrarotenergie oder Laser-Licht oder Einwirkung von Ultraschallenergie ausgehärtet werden kann. Durch die Energiezufuhr kann beispielsweise ein Vernetzungsprozess in dem Material induziert werden, wodurch das Auftragungsmaterial aushärtet.

Entsprechend würde die Vorrichtung dann ferner über Einrichtungen zur Beaufschlagung des Volumenkörpers mit Energie (Infrarotenergie, Laserlicht oder Ultraschallenergie) verfügen und das Verfahren würde den zusätzlichen Schritt des Aushärtens des Auftragungsmaterials durch Zufuhr von Energie aufweisen .

Ferner kann das Auftragungsmaterial eine metallische oder mineralische Paste und/oder eine pastöse Kunststoffmasse aufweisen .

In Figur 2 ist ein Volumenkörper, welcher durch die oben beschriebene Vorrichtung und das entsprechende Verfahren ausgebildet werden kann, schematisch im Querschnitt dargestellt. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung auf Volumenkörper als Elemente für die Möbel- oder Bauelementindustrie gerichtet. Der dargestellte Volumenkörper kann beispielsweise als eine Stehle oder Säule für einen Tisch verstanden werden, welche eine komplexe Geometrie aufweist.

Wie in der Zeichnung dargestellt, weist der Volumenkörper beispielhaft zwei Abschnitte 101 und 102 mit unterschiedlicher Porengröße auf. Abschnitt 101 liegt dabei auf der Außenseite des Volumenkörpers, d.h. er ist von außen zugänglich bzw. sichtbar. Abschnitt 102 ist gemäß diesem Beispiel vollständig von Abschnitt 101 umschlossen.

Die Einteilung dieser Abschnitte kann beispielsweise durch die Steuereinrichtung 13 unter Berücksichtigung der obigen Gesichtspunkte vorgenommen werden.

Der Volumenkörper ist dadurch gekennzeichnet, dass in Abschnitt 101 und Abschnitt 102 eine unterschiedliche Porosität (Porengröße) des Materials vorliegt. So ist im Inneren des Volumenkörpers eine größere Porosität vorhanden, als in den Außenbereichen. Dies ermöglicht es, einen besonders leichten Volumenkörper auszubilden, der durch die „Hüllabschnitte" 101 dennoch eine ansprechende

Oberflächenstruktur sowie eine hohe Festigkeit und Härte aufweist .

Kennzeichnend für das additive Verfahren ist dabei, dass der Bereich hoher Porosität 102 vollständig von einem Bereich geringer Porosität 101 umschlossen werden kann - eine Ausgestaltung die beispielsweise durch Laminieren verschiedener Schichten porösen Materials nur schwer realisierbar ist.

Der Übergangsbereich G zwischen den Abschnitten ist ein genau definierter Übergangsbereich, welcher sich bedingt durch den additiven Materialauftrag durch eine diskontinuierliche Änderung in der Porengröße auszeichnen kann.

Hinsichtlich der Fertigbearbeitung kann der Volumenkörper 100 ferner mit einer Bedruckung bzw. Beschichtung B versehen sein, welche die Poren der außenliegenden Abschnitte 101 verdeckt. Diese Beschichtung B ist allerdings fakultativ und kann auch weggelassen werden.