BR0209427B1

BR0209427B1 - método de operação sobre uma peça de trabalho.

Info

Publication number: BR0209427B1
Application number: BRPI0209427-4A
Authority: BR
Inventors: Bruce Guy Irvine Dance
Priority date: 2001-05-18
Filing date: 2002-05-14
Publication date: 2011-01-11
Also published as: GB2375728B; ATE415234T1; NO20035106L; JP4363039B2; UA75144C2; CA2445644A1; MY132650A; GB0112234D0; GB0211029D0; ES2316561T3; EP1387734B1; NO20035106D0; EP1387734A2; DK1387734T3; WO2002094497A3; ZA200203966B; BR0209427A; RU2268814C2; DE60230032D1; CN100408246C

Description

"MÉTODO DE OPERAÇÃO SOBRE UMA PEÇA DE TRABALHO"

Campo da Invenção

Esta invenção diz respeito a um método de operar sobre umapeça de trabalho, por exemplo para modificar ou preparar uma topografiasuperficial da peça de trabalho ou material precursor de modo a aumentar ograu de atrito mecânico ou o grau de entrefecho mecânico com respeito aoutro material ou corpo, ou criar orifícios na peça de trabalho.

Fundamentos da Invenção

Vários métodos têm sido usados para aumentar a asperezasuperficial dos material que tenham sido produzidos relativamente lisosmediante usinagem, polimento, formação em relação a um molde plano, eassim por diante. Estes métodos de criação de aspereza incluem a deformaçãosuperficial por meios mecânicos, tais como ranhuramento ou carretilhamento,ou meios químicos tais como o ataque químico.

Alternativamente, o material tem sido adicionado à superfíciedo material precursor por meio de, por exemplo, soldagem a arco voltaicocom um arame de enchimento consumível. Em um exemplo, pequenas gotasde metal têm sido depositadas sobre uma superfície de metal, utilizando-se oprocesso de arco de metal gasoso (GMA) de eletrodo consumível em que acorrente é modulada de tal modo que as gotas fundidas sejam desprendidas doeletrodo de arame de fusão de uma maneira discreta e regular. Estas gotasservem como ondulações elevadas sobre a superfície do material precursor deoutro modo relativamente liso e têm sido usadas para reduzir a tendência aodeslizamento entre o corpo precursor e outro.

A EP-A-0626228 descreve um método de modificar asuperfície de uma peça de trabalho que deva ser unida a outro membro,compreende expor uma série de localizações sobre a superfície de trabalho aum feixe de potência por meio do que em cada localização o material da peçade trabalho é fundido e espaçado lateralmente sob a influência do feixe depotência e, então, deixado solidificar-se de modo a formar uma cavidadecircundada por uma área de material solidificado, que é elevada em relação àsuperfície adjacente da peça de trabalho e tem um perfil reentrante.

De acordo com um primeiro aspecto da invenção, forneceu-seum método de operar sobre uma peça de trabalho, o método compreendendocausar o movimento relativo entre a peça de trabalho e um feixe de potênciaem uma direção transversa, de modo a expor uma série de localizações sobrea peça de trabalho ao feixe de potência; e, em cada localização, levar o feixede potência a mover-se em direções múltiplas em relação à peça de trabalhode uma maneira predeterminada, por meio do que, em cada localização, omaterial da peça de trabalho é fundido e deslocado pelo feixe de potência demodo a formar uma cavidade ou orifício.

A técnica de texturização avançada aqui reivindicada diferefundamentalmente do método anteriormente conhecido e aplicado. Na formaavançada, o feixe de potência é especificamente levado a mover-se(manipulado) de uma maneira predeterminada em cada localização, em vez deficar estático. O feixe de potência pode ser pulsado de modo a expor cadalocalização, embora preferivelmente ele seja contínuo. Os movimentos de"deflexão secundária" de alta freqüência típica e relativamente pequenos dofeixe em cada localização têm o efeito de alterar marcadamente aredistribuição do material fundido gerado em cada localização. Em geral, omovimento do feixe é predeterminado por uma etapa inicial de selecionar omovimento desejado.

A invenção pode ser usada para formar cavidades nasuperfície da peça de trabalho ou para criar orifícios, tipicamenteestendendo-se através da peça de trabalho. A formação de um orifíciopode ser realizada com ou sem um substrato de suporte. Além disso,quando uma cavidade ou orifício é formado, preferivelmente a etapa defazer o feixe mover-se da maneira predeterminada é realizada após acavidade ou orifício terem sido formados.

Isto permite que a forma da cavidade ou orifício sejaprecisamente determinada. Em muitos casos, uma etapa de manipulação podetambém ser usada durante a formação da cavidade/orifício em que o diâmetroda cavidade/orifício exceda aquele do feixe.

A deflexão secundária é preferivelmente em uma freqüênciatal que pelo menos uma repetição padrão completa (ou pelo menos reversãode direção) é realizada em cada localização e, preferivelmente, um númerointeiro de repetições é realizado em cada posição. Para 1000 orifícios porsegundo em aço, uma freqüência secundária de aproximadamente 1000 Hz,2000 Hz ou 3000 Hz é apropriada. Neste caso, as cavidades devem ser de 0,5mm de profundidade e largura, em um afastamento de 0,7 mm. Freqüênciassecundárias mais elevadas podem ser necessárias com cavidades de menordiâmetro, e as propriedades do material também influenciam a freqüênciaótima.

A "deflexão secundária" usada pode tomar várias formas,incluindo os movimentos de configuração circular, linear, elipsóide e/ou defigura geométrica simples. A deflexão secundária pode também sercombinada com outras variações adequadas de distribuição da densidade deforça de feixe temporal e espacial (por exemplo, a pulsação da corrente dofeixe e/ou variação da posição do foco do feixe) para obter o efeito desejado epermitir o controle mais preciso sobre o processo de formação da cavidade ouorifício.

Em geral, a duração da interação do feixe é cuidadosamentecontrolada de modo que a deflexão do feixe secundário seja consistentementeaplicada em cada localização, isto é, os movimentos dos feixes secundário eprimário são corretamente faseados em relação a um outro de modo que oefeito de texturização seja reprodutível e não varie em uma forma nãosistemática.No caso da formação de cavidade, as partes elevadasadequadas ou ondulações com perfis reentrantes podem ser geradas sobre asuperfície de material de outra forma comparativamente liso do materialprecursor mediante fusão rápida de pequenas regiões localizadas por meio deum (tipicamente focalizado) feixe de potência, tal como um feixe de elétronscolidindo sobre o material precursor. O feixe de alta densidade de força érapidamente movido de ponto a ponto para produzir uma série de taisondulações elevadas. Pelo espaçamento íntimo das ondulações, uma linha ouaresta semi-contínua pode ser produzida. Observa-se que o material elevadobem da fusão e deslocamento do material fundido, assim deixando umapequena cavidade no precursor. Algum material pode ser perdido pelavaporização sob alta densidade de força do feixe aplicado.

Em uso, quando uma peça de trabalho fornecida comcavidades é aderida a outro membro, tanto a cavidade quanto a ondulaçãoelevado podem contribuir para o entrefecho mecânico.

A aderência às superfícies texturizadas de materiais da fasevapor é também modificada e intensificada.

O perfil reentrante ainda aumenta as forças mecânicasnecessárias para separar o precursor de outro membro ou deslizar o precursoratravés de outro membro.

O perfil reentrante é benéfico em reter, por exemplo, umadesivo, especialmente um adesivo que não se liga ele próprio ao precursor,ou apenas se liga com uma baixa intensidade. Alternativamente, a intensidadede ligação entre um material não aderente, por exemplo um polímero de baixoatrito, e a superfície do material precursor, pode ser aumentadasubstancialmente pela natureza de entrefechamento do perfil reentrante.

Além disso, a superfície processada é substancialmente limpae liberta de qualquer contaminação secundária pela ação do feixe, istoaumentando a intensidade de ligação obtida com qualquer operação de ligaçãoadesiva subseqüente.

Quando uma série de ondulações intimamente espaçadasforma uma aresta semicontínua, esta aresta preferivelmente também tem umperfil reentrante.

Com a finalidade de aumentar a intensidade de ligação globalde um adesivo, é também observado que o adesivo preferivelmente tambémentra na cavidade, assim como na superfície reentrante na ondulação paraaumentar sua resistência de cisalhamento da ligação.

Preferivelmente, a topografia da superfície utiliza o materialprecursor existente, de modo que nenhum material adicional é depositado noprecursor. A técnica de mudar a topografia da superfície confia na utilizaçãoda capacidade de íusão/vaporização de um feixe de energia ou fonte de calorde elevada densidade de energias tipicamente trazida a um foco na região dasuperfície de trabalho.

Preferivelmente, uma parte do movimento da maneirapredeterminada faz com que uma área adjacente à localização seja aquecida.Uma tal área pode circundar a localização particular ou pode constituir outralocalização. A localização adjacente pode ser aquecida ou antes ou após aformação da cavidade ou orifício, de modo a efetuar um tratamento de calorde preformação ou pós-formação, respectivamente. A superfície da peça detrabalho na região adjacente pode ser aquecida ou abaixo ou acima de seuponto de fusão.

A forma do movimento predeterminado na localização podeser similar àquela da parte do movimento predeterminado na localizaçãoadjacente. Entretanto, tipicamente, estes têm uma forma diferente, porexemplo, a parte do movimento predeterminado pode tomar uma formareticulada. Em outro exemplo, a área que circunda uma cavidade é aquecidapor um movimento circular do feixe. Tipicamente, a parte de aquecimento domovimento predeterminado ocupa cerca de 30 % do tempo gasto pelo feixeem uma localização.

O aquecimento de uma localização adjacente é vantajoso nofato de que ele pode ser usado para controlar a taxa de resfriamento domaterial e no fato de que ele produz aderência melhorada do material fundidoà superfície da peça de trabalho. O pré-aquecimento também possibilita aobtenção de melhor sincronização entre os movimentos do feixe nas direçõeshorizontal e transversa.

As localizações são tipicamente espaçadas de tal modo que omaterial deslocado das localizações adjacentes fica em contato. A regulaçãodos movimentos do feixe é também de preferência controlada de tal modo quematerial das localizações adjacentes permaneça fundido e coalesça durantetal contato. Esta coalescência permite uma maior faixa de configurações etamanhos a serem obtidos nos aspectos reentrantes, já que estes aspectos sãodependentes das forças de tensão superficial dentro do material ejetado e datemperatura (taxa de resfriamento). A deflexão secundária do feixe é portantousada para controlar a ejeção do material, enquanto os tratamentos de pré/pósaquecimento podem ser empregados para controlar a taxa de resfriamento.

No exemplo preferido, o feixe de potência compreende umfeixe de elétrons. Tipicamente, este será gerado de uma maneira convencionalusando um canhão eletrônico convencional, o feixe sendo movimentadoatravés da peça de trabalho sob controle do computador usando-se umatécnica similar àquela descrita na US-A-5151571 aqui incorporada comoreferência. Tipicamente, a força e a velocidade do movimento do feixe é talque mais do que 500 cavidades por segundo são formadas, preferivelmenteaté 580 ou mais cavidades por segundo. A velocidade relativa do movimentoentre o feixe e a peça de trabalho é tipicamente até 1 km/segundo, enquanto otempo de trânsito entre as cavidades é tipicamente de 1/100 do tempo depermanência em cada cavidade. A densidade de pico da força do feixe deelétrons situa-se tipicamente na faixa de IO5 a IO7 W/mm2.As cavidades foram produzidas em uma faixa de velocidades etamanhos. A velocidade mais baixa situa-se bem abaixo de 400/segundo e nãoexiste nenhum limite superior prático para a velocidade - por exemplo,10.000/segundo pode ser obtida em alguns materiais, e mais do que isso écertamente possível.

A configuração do feixe pode ser importante e,preferivelmente, a corrente na coroa circular do feixe é de pelo menos metadeda corrente na porção central, e mais especialmente pelo menos igual àcorrente central. Resultados satisfatórios são obtidos quando a corrente nacoroa circular é duas vezes ou mesmo três vezes a corrente central,dependendo do material precursor e do tipo de ondulação desejada.

Em outras aplicações, outros feixes de potência podem serusados, por exemplo um laser. Com um laser, tipicamente uma energia líquidalevemente mais elevada é requerida por cavidade, ao contrário de um feixe deelétrons, por causa da eficiência de acoplamento reduzida com a peça detrabalho. As durações reais do pulso de laser podem ser mais curtas do quecom os feixes de elétrons, e correspondentemente a densidade de energia depico pode ser levemente mais elevada. Cavidades de tamanhos similarespodem ser produzidas em uma taxa de 20 por segundo, usando-se um laser deCO2 pulsado de saída média de 300 W, dando cerca de 15 joules porcavidade.

Potencialmente, qualquer tamanho de cavidade ou orifíciopode ser produzido, por exemplo variando daqueles comdiâmetros/profundidades da ordem de milímetros a menos do que 10micrômetros. O diâmetro mínimo de cada cavidade/orifício é determinadopelo diâmetro do feixe, enquanto grandes diâmetros podem ser obtidosusando-se um grande diâmetro de feixe e uma deflexão secundáriaapropriada. Tipicamente os orifícios ou cavidades têm um diâmetro máximosubstancialmente de 0,6 mm e uma profundidade na faixa de 0,6 a 1 mm. Nocaso preferido, o afastamento da cavidade ou orifício é de cerca de 1 mm.

As dimensões de cada cavidade ou orifício apresentadas acimaserão reduzidas pela intrusão de material refundido produzindo um aspectoreentrante.

Em alguns casos, as cavidades ou orifícios podem ter umaforma substancialmente semelhante e podem, então, ser dispostos ou em umadisposição quadrada ou de maneira compacta. Entretanto, as cavidades ouorifícios de tamanho variável podem ser produzidos permitindo outrospadrões de cavidades a serem formadas.

Em alguns casos, as texturas contendo aspectos reentrantes enão reentrantes podem ser combinadas com a produção orifícios completos(de lado a lado), em vez de orifícios cegos. A distinção entre esta técnica e atécnica conhecida de perfuração de EB está na confiança do processo no seudeslocamento controlado de algum ou de todo o material fundido, em vez dena sua remoção completa como na perfuração de EB clássica. O controle e aimplementação deste processo deve estar na deflexão secundária do feixe,para controlar a regulação e a extensão da penetração do feixe através domaterial. A ejeção parcial do material em seguida à penetração deve ocorrer,usando-se um material de suporte volátil da maneira normal, seguido por umafusão e deslocamento controlados do material periférico para dar o perfil deborda desejado.

Tipicamente, a peça de trabalho é de qualquer metal ou outromaterial que possa ser fundido ou vaporizado pelo feixe de potência. Umexemplo é o aço. Não metais podem também ser processados, embora elessejam não eletricamente condutores. Por exemplo, aspectos reentrantes podemser produzidos em objetos de cerâmica, tais como o quartzo e a alumina,vidros, polímeros e compósitos. O mecanismo é o mesmo, salvo em algunspolímeros, em que mais do material é vaporizado.

De acordo com um segundo aspecto da presente invenção, ummétodo de unir uma peça de trabalho a outro membro compreende prepararuma superfície da peça de trabalho usando-se um método de acordo com oprimeiro aspecto da invenção, para formar uma ou mais cavidades nasuperfície da peça de trabalho; e aderir o outro membro à superfície preparadada peça de trabalho.

Este método é útil em várias aplicações. Em particular, o outromembro pode ser qualquer polímero ou outro material que possa serintroduzido com sucesso por qualquer combinação de pressão, calor ou reaçãoquímica nas cavidades em um substrato ou peça de trabalho escolhidos. Porexemplo, o outro membro pode compreender um membro de náilon, PTFE,PMMA, alumínio e suas ligas, resinas fenólicas, e magnésio, e suas ligas.

Exemplos de aplicações importantes da invenção incluem aaderência das pastilhas de freio aos apoios da pastilha de freio de metal;ligação de polímeros de baixo atrito a metais resistentes à corrosão parafabricação de dispositivos protéticos, por exemplo as articulações do quadril,etc.; ligação de borracha a aço ou outros metais, por exemplo para fabricaçãode amortecedores de absorção de impacto; e ligação de alumínio a aço ou aferro fundido, por exemplo para a fabricação de discos de freio leves.

Alguns exemplos de métodos de acordo com a invenção serãoagora descritos com referência aos desenhos acompanhantes, em que:

As Figuras Ia a Ih mostram estágios sucessivos na formaçãode uma cavidade com um aspecto reentrante;

As Figuras 2A a 2C ilustram três diferentes disposições dascavidades;

A Figura 3 mostra um exemplo de uma distribuição dadensidade de força de feixe de elétrons;

A Figura 4 ilustra esquematicamente o aparelho para realizar ométodo;

A Figura 5 ilustra parte de um segundo exemplo de aparelhopara realizar o método;

A Figura 6 ilustra o aparelho da Figura 5 em mais detalhes;

A Figura 7 ilustra um orifício de penetração assimétrica;

As Figuras 8a a 8e ilustra estágios sucessivos na formação deum orifício completo usando um substrato de suporte;

As Figuras 9a a 9e ilustra estágios sucessivos na formação deum orifício completo sem um substrato de suporte;

A Figura 10 ilustra a soma dos movimentos relativos do feixe;

A Figura lia mostra um tratamento circular de pré-aquecimento de uma localização;

A Figura Ilb mostra um tratamento reticulado de pré-aquecimento de uma localização adjacente;

A Figura Ilc mostra um tratamento circular de pré-aquecimento de uma localização adjacente;

A Figura 1 Id mostra um tratamento linear de pré-aquecimentode uma região entre as localizações.

As Figuras Ia a Ih ilustram estágios sucessivos na formaçãode uma cavidade com um aspecto superficial reentrante. No início, um elétronou feixe de laser 1 colide sobre um substrato, tal como uma peça de trabalho 2de aço. Subseqüentemente (Figura lb) uma cavidade enchida de vapor 2começa a formar-se com material fundido 4 sendo deslocado lateralmentepara fora. Após exposição adicional, mais material fundido 4 é deslocado e ofeixe é deflexionado para formar uma zona fundida prolongada 5 nasuperfície (Figura 1 c). O feixe 1 é ainda deflexionado (Figura 1 d), deslocandoassim mais material fundido 4 para formar uma zona fundida prolongada nasuperfície.

A deflexão pode tomar uma variedade de formas, comomostrado nas Figuras Iee lf. Tipicamente, ela segue um local fechado e podeser repetida várias vezes.O feixe 1 então se move para uma segunda localização ecomeça a formar uma segunda cavidade 3' (Figura lg), assim deslocandomais material fundido 4'. Este outro material fundido 4' se sobrepõe aomaterial anterior em uma zona adjacente 5 e, então, subseqüentemente, sesolidifica em um perfil quase-esférico sob as forças de tensão superficialcomo indicado em 6 na Figura lh, assim formando o aspecto reentrante 7.

Em geral cada cavidade terá uma configuração e formasimilares e as cavidades podem ser dispostas como mostrado nas Figuras 2A(quadrada) ou 2B (dispostas de uma forma compacta). Entretanto, não éessencial que as cavidades sejam do mesmo tamanho e, como mostrado naFigura 2C, uma variedade de diferentes tamanhos permitem que umadensidade padrão mais elevada seja alcançada.

Parâmetros típicos para o feixe de elétrons são como segue:Para texturização do aço, com um feixe de potencial deaceleração de 140 kV, e corrente do feixe de 42 mA, dando uma força de -5,8kW, o feixe deve ser focalizado a um diâmetro de -0,4 mm e deve produzir-580 orifícios/segundo na peça de trabalho. Exemplos de freqüências dedeflexão adequadas são apresentados acima. Neste caso, a densidade de picoda força do feixe deve situar-se na região de IO5 a IO7 W/mm2. Cada orifíciodeve ser produzido com -10 joules de energia, em -1,7 ms. O tempo detrânsito do feixe de uma posição do orifício para a seguinte é tipicamente de1/100 do tempo de permanência na posição do orifício, isto é, neste caso, -17μβ. Tendo em vista que o feixe pode estar propagando-se em velocidades de-1 km/s através da superfície da peça de trabalho, ele não necessita serdesligado ou reduzido em potência enquanto em trânsito, já que nenhumafusão superficial ou outro dano sejam prováveis nestas velocidades devarredura em qualquer caso.

No aço, as cavidades produzidas com 10 joules são de -0,6mm de profundidade abaixo da superfície original. Estas dimensões sãoreduzidas em cada cavidade pela intrusão de material refundido, assim dandoos aspectos reentrantes. O passo das cavidades deve tipicamente ser de ~1mm.

Cavidades semelhantes podem ser produzidas com lasers;tipicamente uma energia líquida levemente mais elevada é necessária porcavidade, por causa da eficiência reduzida de acoplamento com o substrato.Durações reais de pulso de laser podem ser mais curtas do que com o feixe deelétrons e, correspondentemente, a densidade de energia de pico pode serlevemente mais elevada. Cavidades de tamanho semelhante podem serproduzidas em uma taxa de 20 por segundo usando-se um laser de CO2pulsado de saída média de 300 W, dando ~15 joules por cavidade.

No exemplo preferido, a distribuição de força através do feixede elétrons 1 tem uma forma similar àquela mostrada na Figura 3, que sebaseia em um feixe de elétrons de 5 kw. Assim, existe uma densidade de forçade pico relativamente elevada no centro, com um diâmetro de cerca de 0,6mm, mas uma região de força limite significativa. A largura do feixe em meiomáximo é de 0,25 a 0,3 mm.

No caso de um feixe de elétrons, muitos tipos diferentes decanhões de feixes de elétrons podem ser usados para gerar o feixe. Em umcanhão de elétrons típico, um catodo de metal refratário é aquecido a~2000°C em um vácuo de IO"5 a IO"6 mbar. Um potencial de 30 a 150 kVacelera o feixe através de um ânodo oco. Em um canhão de triodo, a correntedo feixe é controlada por um terceiro eletrodo "polarizado" ou de "Welnhelt".Em um canhão de diodo, a corrente do feixe é controlada pela temperatura docatodo sozinho.

O feixe passa através de um sistema de lentes magnéticas etc.que podem incorporar um interceptor magnético (um dispositivo que podeproteger o canhão contra o ingresso de material indesejável), e bobinas dedeflexão que podem manipular o feixe em alta velocidade. O ambiente detrabalho do feixe pode ser um vácuo de tão pouco quanto IO"1 mbar,tipicamente de 5 χ IO"3 mbar. O nível de vácuo tem um efeito sobre aqualidade e a intensidade do feixe.

Os catodos podem ser ou diretamente aquecidos ouindiretamente aquecidos. Catodos diretamente aquecidos necessitamsubstituição em intervalos de (digamos) 10 a 100 horas, uma operação queleva (tipicamente) -15 minutos para ser realizada. Catodos indiretamenteaquecidos têm vida muito mais longa, tipicamente operando por centenas dehoras antes de requererem substituição.

A qualidade do feixe pode ser monitorada em tempo real pelouso de (digamos) um dispositivo de sonda de fendas. Este tem o potencial deser ligado aos sistemas de controle de feixes de elétrons como um sistemaautomático.

Em um exemplo, a peça de trabalho pode ser processada comouma tira contínua usando-se um sistema convencional de ar-vácuo-ar quetenha sido construído com sucesso para aplicações tais como a fabricação delâminas de serra, em tiras bimetálicas etc.

Uma abordagem alternativa é processar carretéis de materialem tira individualmente (Figura 4), de modo que o material branco 10, em umcarretei 11, seja carregado em uma câmara de vácuo 12 especialmenteprojetada, juntamente com um carretei 13 de absorção vazio. Estes carretéis11 e 13 devem necessariamente ter diâmetro bastante grande se o material nãotiver de levar um "ajuste". Por exemplo, o raio de curvatura pura mínimo paradar deformação de 0,2 % em material de espessura de 7 mm é de 1750 mm.Um carretei com um raio de 2,5 m deve, portanto, ser capaz de sustentar 6toneladas de tira de 80 mm de largura - um comprimento de 1,4 km. Com umcanhão 14 de 5 kW, uma velocidade de processamento de 1 m/minuto épossível, significando que um tal carretei deve levar cerca de 24 horas paraprocessar. Entretanto, se a velocidade de texturização for aumentadaproporcionalmente à potência do canhão com um canhão de 50 kW,processamento em 10 m/minuto, um tal carretei deve ser processado em -jIVihoras.

Uma trajetória preferida, entretanto, do ponto de vista deintegrar a técnica de texturização dos elétrons com a prática de produçãoexistente, deve ser texturizar peças de trabalho individuais, tais como placasde suporte das pastilhas de freio (PBP). Um exemplo de aparelho para seobter isto é mostrado nas Figuras 5 e 6. Duas calhas de escoamento 20, 21 sãomontadas lado a lado (apenas uma mostrada na Figura 6) e duas pilhas dePBPs são alimentadas às calhas de escoamento em direção à coluna 22 docanhão de elétrons, de tal modo que ambas se situem dentro de um campo dedeflexão. As saídas das calhas de escoamento 20, 21 são localizadas em umacâmara evacuada 23. Enquanto uma PBP está sendo removida após oprocessamento, a outra está sendo processada. Isto significa que a potênciadisponível do feixe pode ser utilizada completamente sendo continuamenteoperada. Além disso, diferente das outras técnicas, esta deve facilmentepermitir que cada PBP seja seletivamente texturizada apenas quando sejanecessário. As áreas selecionadas de texturização de PBPs convencionais comorifícios nelas já devem também ser possíveis.

Na prática, as pilhas de PBPs podem ser continuamentecarregadas em cada calha de escoamento, de modo que as paredes laterais dacalha de escoamento atuem como uma vedação hermética eficaz. Parafacilitar isto, cada 100â PBP ou coisa que o valha pode ser um simuladobranco, ajustando-se exatamente as dimensões da calha de escoamento, talvezcom a ajuda de um anel em O para manter uma vedação hermética. O ar quesai das calhas de escoamento como mostrado em 25, 26 são fornecidos paramanter o vácuo, as saídas sendo conectadas a uma bomba de vácuo (nãomostrada).

Após a texturização, as PBPs podem simplesmente cair em umalimentador 27 que deve ser esvaziado em intervalos regulares.

Uma vez uma peça de trabalho com uma superfície preparadatenha sido formada, ela pode então ser unida, usando-se adesivo, a outromembro, de uma maneira convencional. Como anteriormente explicado, asuperfície texturizada intensificará e reforçará consideravelmente a junta e, defato, possibilitará que certos materiais sejam unidos usando-se adesivo, osquais anteriormente não podiam ser unidos.

Os exemplos descritos até aqui ilustram a formação deorifícios ou cavidades cegas na superfície da peça de trabalho. A invençãotambém pode ser usada para formar orifícios completos.

A Figura 7 ilustra a formação de um orifício penetranteassimétrico 30 em uma peça de trabalho 32.

A Figura 8 ilustra em mais detalhes a formação de um orifíciocompleto em uma peça de trabalho 34. Inicialmente, um feixe de elétrons oulaser 36 é focalizado sobre uma superfície 38 da peça de trabalho 34, de modoa penetrar no substrato e iniciar a entrar no material de suporte (Figura 8a).

Opcionalmente, o feixe 36 pode ser deflexionado em freqüência muitoelevada de modo a "configurar" o feixe para orifícios não circulares, nãoconfigurados em feixe. A medida em que o feixe 36 penetra na peça detrabalho 34, uma região de metal/substrato líquido é formada junto aos ladosdo orifício.

Tão logo o feixe colida com o substrato de suporte 42(tipicamente produzido de borracha de silício ou de outro material volátil),ocorrerá uma pequena explosão de gás que fará com que a maior parte ouquase todo o material fundido 40 seja ejetado, deixando bordas afiadas noorifício (Figura 8b).

O feixe 36 é então deflexionado em uma freqüência mais baixa(Figura 8c) para fundir a periferia do orifício e deslocar material fundidonovo/existente 44 em uma forma controlada. Mais vapor do substrato desuporte 42 auxilia o fluxo de metal/substrato, se necessário.

Orifícios adjacentes podem ser formados de uma maneirasimilar (Figura 8d) para criar zonas fundidas de sobreposição 46 de modo aproduzir orifícios curvos reentrantes ou outros configurados.

Alternativamente, podem ser formadas zonas assimétricasfundidas 48 (Figura 8e) as quais podem ser ou sobrepostas ou não, comonecessário. A assimetria do orifício é gerada através da deflexão controladado feixe.

A Figura 9 ilustra a formação de um orifício completo sem ouso de uma camada de suporte. Assim, na Figura 9a, um feixe 36 colide sobreuma peça de trabalho 34 para formar um orifício 50 com material fundido 40junto de seus lados. O feixe 36 será deflexionado em freqüência muito alta demodo a "dar forma" ao orifício.

O feixe é então deflexionado em uma freqüência intermediária(Figura 9b) para estender, dar forma e deslocar o material fundido 40 em umazona periférica 52.

Além disso, os orifícios reentrantes simétricos semsobreposição podem ser formados de uma maneira semelhante (Figura 9c) ou,alternativamente, os orifícios podem ser localizados perto um do outro demodo a gerar a sobreposição, regiões fundidas 54 definindo aspectosreentrantes. Em uma outra alternativa (Figura 9e) os orifícios assimétricossem sobreposição podem ser produzidos.

Nos exemplos mostrados nas Figuras 8 e 9, a formação dosorifícios pode ser realizada nas velocidades de cerca de 1000 por segundo. Afreqüência de deflexão inicial (Figuras 8a e 9a) situar-se-á tipicamente nafaixa de 100 KHz a 2 MHz, enquanto a freqüência de deflexão daconfiguração do "perfil" subseqüente usada nos estágios mostrados nasFiguras 8b e 9b será da ordem de 1 KHz a 100 KHz.

Em alguns casos, o feixe 1 de elétrons ou laser pode ser usado parapré-aquecer áreas antes da texturização/perfliração e tipicamente sendodesfocalizado. Assim, o feixe pode ser de tempo compartilhado entre estas tarefas,permitindo que ambas sejam realizadas substancialmente de forma simultânea.

A Figura 10 mostra como uma série de cavidades pode serformada em uma peça de trabalho pela soma de vários movimentos do feixe.A flecha 100 denota o movimento relativo da peça de trabalho em relação aocanhão de elétrons.

O feixe atravessa a peça de trabalho entre várias localizaçõesao longo de uma trajetória substancialmente linear. Esta direção transversa ou"deflexão primária" é mostrada pelas flechas 101. Este curso transverso érepetido na totalidade da operação, como indicado pela flecha 102. A flechacurva 103 indica o movimento orbital (deflexão secundária) do feixe, o qual,quando aplicado, faz com que as cavidades tenham a forma desejada.

Deve ser lembrado que o tempo de percurso entre aslocalizações é tipicamente de cerca de 1/100 do tempo gasto em cadalocalização e, portanto, os movimentos indicados em 101 são muito maisrápidos do que o movimento relativo da peça de trabalho 100, ou as deflexõessecundárias orbitais 103.

Mediante a soma dos três movimentos mencionados acima ecom o controle apropriado de suas freqüências relativas, um movimentocombinado do feixe em relação à peça de trabalho, de uma forma geralindicado em 104 na Figura 10, é gerado.

A Figura lia a Ild mostra o uso de várias deflexõessecundárias em tratamentos de pré/pós-aquecimento. Na Figura 11a, um pré-aquecimento de circuito é mostrado, no qual, antes da formação da cavidade,o feixe primeiramente segue um círculo 105, o círculo situando-se fora dacircunferência da cavidade final. O feixe é então movido em dois círculos106, 107 de menor diâmetro, para realmente formar a cavidade.

A Figura Ilb mostra um reticulado de pré-aquecimento emque parte de uma localização adjacente (para formação posterior da cavidade)é primeiro pré-aquecida com um movimento de reticulado 108. A cavidade nalocalização real é então formada usando-se uma trajetória de feixe circular em109. A parte remanescente da localização adjacente é então pré-aquecida comum outro movimento reticulado na etapa 110.

Como os movimentos do feixe são muito rápidos, a série delocalizações na linha seguinte àquela presentemente experimentando aformação da cavidade ou orifício, pode, portanto, ser tratada por pré-aquecimento. A alta velocidade do processo resulta em pouca perda detemperatura de pré-aquecimento no momento em que a respectivacavidade/orifício é formada após o tratamento de pré-aquecimento.

A Figura Ilc mostra uma deflexão secundária adequada paraum tratamento de pós-aquecimento do circuito. Os círculos 111, 112 denotamos movimentos do feixe para primeiro formar uma cavidade, após o que ofeixe é deflexionado de modo a seguir uma trajetória 113 em outra localizaçãoem que a cavidade tenha sido formada anteriormente.

A Figura 1 Id mostra um outro exemplo de um tratamento depré-aquecimento, que é particularmente benéfico para a formação de grandesaglomerações de material ejetado. O feixe é primeiramente movido em umalinha 114 em direção a uma localização em que a cavidade deva ser formada.Esta linha se estende pela maior parte da distância das linhas de localizaçõesadjacentes definindo a trajetória anterior da deflexão do feixe primário. Asuperfície da peça de trabalho é fundida na vizinhança da linha.

O feixe então segue uma trajetória circular 115 para efetuar aformação da cavidade. Quando isto é realizado em uma velocidade adequada, omaterial ejetado da linha de cavidades anteriormente formada permanece fundido.O material ejetado dos grupos de cavidades, portanto, coalesce pelas forças detensão superficial para criar grandes aspectos nos interstícios entre as cavidades.

Algumas outras condições de exemplo para formar cavidadesusando um feixe de elétrons são apresentadas na tabela abaixo.

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Claims

1. Método de operação sobre uma peça de trabalho,compreendendo causar um movimento relativo entre a peça de trabalho (2) e umfeixe de potência (1) em uma direção transversal, de modo a expor uma série delocalizações sobre a peça de trabalho (2) para o feixe de potência (1);caracterizado pelo fato de que em cada localização, levando o feixe de potência(1) a mover-se em direções múltiplas em relação à peça de trabalho (2) de umamaneira predeterminada, por meio do que, em cada localização, o material da peçade trabalho (2) é fundido e deslocado pelo feixe de potência (1) de modo a formaruma cavidade ou orifício (3).

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de compreender ainda inicialmente selecionar a maneira do movimento dofeixe de potência (1), de tal modo que o feixe seja levado a mover-se de umamaneira predeterminada controlada.

3. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2,caracterizado pelo fato de que, quando um orifício (3) é formado em cadalocalização, o orifício (3) tem uma configuração assimétrica em relação à direçãonominal do feixe de potência (1).

4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3,caracterizado pelo fato de que, quando o orifício (3) é formado em cadalocalização, a peça de trabalho (2) é localizada sobre um substrato de suporte, ofeixe de potência (1) passando através do orifício (3) na peça de trabalho (2) ecolidindo sobre o substrato de suporte.

5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4,caracterizado pelo fato de que, quando um orifício (3) é formado em cadalocalização, o movimento do feixe de potência (1) da maneira predeterminada érealizado antes ou após o orifício (3) ter sido formado.

6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5,caracterizado pelo fato de que o movimento predeterminado compreende umadeflexão secundária, tal como um movimento de configuração circular, linear,elipsóide e/ou de figura geométrica simples.

7. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelofato de que o feixe de potência (1) é deflexionado em uma primeira freqüênciapara criar um orifício (3) ou cavidade e, depois, em uma segunda freqüênciadiferente.

8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7,caracterizado pelo fato de que a manipulação do feixe inclui uma ou mais de umamodulação temporal ou espacial da distribuição da densidade do feixe de potência(1).

9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8,caracterizado pelo fato de compreender ainda fundir e deslocar o materialsolidificado para se obter um perfil de borda desejado.

10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9,caracterizado pelo fato de que, em cada localização, o material da peça de trabalho(2) é fundido e espaçado lateralmente sob a influência do feixe de potência (1) e,depois, deixado solidificar-se de modo a formar uma cavidade ou orifício (3)circundado por uma área de material solidificado, que seja elevado em relação àsuperfície adjacente da peça de trabalho (2).

11. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que as cavidades ou orifício (3)s são formados napeça de trabalho (2) em uma velocidade de pelo menos 500 por segundo.

12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelofato de que as cavidades ou orifício (3)s são formados na peça de trabalho (2) emuma velocidade de pelo menos 580 por segundo.

13. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que o feixe de potência (1) se move entre aslocalizações em uma velocidade de cerca de 1 km/s.

14. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-13, caracterizado pelo fato de que o tempo de trânsito entre as localizações é decerca de 1/100 do tempo de permanência em cada localização.

15. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-14, caracterizado pelo fato de que as cavidades ou orifício (3)s têm um diâmetromáximo de cerca de 0,6 mm.

16. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-15, caracterizado pelo fato de que as cavidades ou orifício (3)s têm profundidadesna faixa de 0,6 a 1 mm.

17. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-16, caracterizado pelo fato de que as cavidades ou orifício (3)s são separados comum passo de cerca de 1 mm.

18. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-17, caracterizado pelo fato de que a densidade de pico do feixe de potência (1)situa-se na faixa de 10 a 10' W/mm.

19. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-14, caracterizado pelo fato de que as cavidades ou orifício (3)s têm um diâmetromáximo de menos do que cerca de 10 micrômetros.

20. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-14, caracterizado pelo fato de que as cavidades ou orifício (3)s têm um diâmetromáximo de menos do que cerca de 2 mm.

21. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-20, caracterizado pelo fato de que as cavidades ou orifício (3)s são todossubstancialmente do mesmo tamanho.

22. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-21, caracterizado pelo fato de que as cavidades ou orifício (3)s são dispostos emuma disposição quadrada ou de maneira compacta.

23. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-22, caracterizado pelo fato de que cada orifício (3) ou cavidade tem um perfilreentrante.

24. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-23, caracterizado pelo fato de que o feixe de potência (1) compreende um feixe deelétrons ou um feixe de laser.

25. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-24, caracterizado pelo fato de que a corrente no feixe de potência (1) é distribuídaatravés do diâmetro do feixe, de tal modo que a corrente em uma coroa circular dofeixe de potência (1) que circunda uma região central do feixe de potência (1), aregião central tendo uma dimensão lateral substancialmente igual a um terço dodiâmetro do feixe, é de pelo menos metade da corrente na região central.

26. Método de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelofato de que a corrente na coroa circular é pelo menos igual à corrente na regiãocentral.

27. Método de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelofato de que a corrente na coroa circular é duas ou três vezes a corrente na regiãocentral.

28. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-27, caracterizado pelo fato de que uma parte do movimento predeterminado fazcom que uma área adjacente à localização seja aquecida.

29. Método de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelofato de que a área adjacente circunda a localização.

30. Método de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelofato de que a área adjacente constitui outra localização.

31. Método de acordo com a reivindicação 30, caracterizado pelofato de que a outra localização é aquecida antes que a cavidade ou orifício (3) sejaformado na outra localização.

32. Método de acordo com a reivindicação 30, caracterizado pelofato de que a outra localização é aquecida após a cavidade ou orifício (3) ter sidoformado na outra localização.

33. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 28 a- 32, caracterizado pelo fato de que a referida parte do movimento predeterminadode uma forma diferente do movimento predeterminado na referida localização.

34. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 28 a 33, caracterizado pelo fato de que a referida parte do movimento predeterminadotem uma forma quadriculada.

35. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 34, caracterizado pelo fato de que as localizações são espaçadas de tal modo que omaterial deslocado das localizações adjacentes se acha em contato.

36. Método de acordo com a reivindicação 35, caracterizado pelofato de que o período de tempo entre a formação das localizações adjacentes é talque o material deslocado das localizações adjacentes permanece fundido ecoalesce.

37. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 36, caracterizado pelo fato de compreender ainda variar o foco do feixe durante aformação da cavidade ou orifício (3).

38. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 37, caracterizado pelo fato de que a peça de trabalho (2) compreende um metal.

39. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 38, caracterizado pelo fato de que a peça de trabalho (2) compreende uma placa desuporte das pastilhas de freio.

40. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 39, caracterizado pelo fato de que o feixe de potência (1) é aplicadocontinuamente.

41. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 40, caracterizado pelo fato de compreender as etapas de unir uma peça de trabalho(2) a outro membro modificando-se a superfície da peça de trabalho (2) de modo aformar uma ou mais cavidades (3) na superfície da peça de trabalho (2); e aderir ooutro membro à superfície preparada da peça de trabalho (2).

42. Método de acordo com a reivindicação 41, caracterizado pelofato de que o outro membro compreende um polímero.

43. Método de acordo com a reivindicação 41, caracterizado pelofato de que o outro membro é produzido de um dentre náilon, PTFE(politetrafluoroetileno), PMMA (polimetilmetacrilato), poliuretano, alumínio esuas ligas, resinas fenólicas, e magnésio e suas ligas.

44. Método de acordo com a reivindicação 41, caracterizado pelofato de que o outro membro compreende uma pastilha de freio.

45. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-44, caracterizado pelo fato de que o material, em cada localização, é fundido edeslocado de modo a melhorar a aderência entre a peça de trabalho (2) e umsegundo material.