BR112018070897B1 - Método de fixação de um segundo objeto em um primeiro objeto, kit de peças para executar o método, prendedor e conjunto - Google Patents

Método de fixação de um segundo objeto em um primeiro objeto, kit de peças para executar o método, prendedor e conjunto Download PDF

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Abstract

A presente invenção refere-se a um método de fixação de um segundo objeto (2) em uma peça de compósito de fibras (1), compreendendo uma estrutura de fibras embutida em um material matriz, o método compreendendo: - proporcionar a peça de compósito de fibras compreendendo uma primeira superfície de fixação, com uma parte da estrutura de fibras sendo exposta na superfície de fixação; - proporcionar o segundo objeto; - colocar o segundo objeto relativo à peça de compósito de fibras, com uma resina (3), em um estado fluido, entre a superfície de fixação e o conector; - comprimir o segundo objeto e a peça de compósito de fibras entre eles e provocação ação de vibração mecânica no segundo objeto ou na peça de compósito de fibras, ou em ambos, desse modo, fazendo com que a resina se infiltre na estrutura exposta de fibras e ativar a resina para reticulação; e - com o que a resina, após a reticulação, fixa o segundo objeto na peça de compósito de fibras.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO
[0001] A presente invenção refere-se aos campos da engenharia mecânica e da construção, especialmente, construção mecânica, por exemplo, engenharia automotiva, construção de aeronaves, construção de vagões ferroviários, construção de navios, construção de máquinas, indústria da construção, construção de brinquedos, etc. Ela se refere mais particularmente a processos de fixação de objetos entre si.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
[0002] Nas indústrias automotivas, de aviação e outras, havia uma tendência de se afastar de construções em aço e usar em seu lugar material leve, tais como compósitos de fibras, especialmente, polímeros reforçados com fibra de vidro.
[0003] Ainda que peças de compósitos de fibras possam, tendo em vista um teor de fibra e um comprimento de fibra médio suficientemente altos e tendo em vista a orientação adequada das fibras, ser manufaturadas para que tenham uma resistência mecânica considerável, a fixação mecânica de outro objeto, tal como um conector (de cavilha ou similar), nelas é um desafio. As técnicas convencionais de rebitagem são apenas adequadas a um certo ponto, especialmente devido a uma pequena ductilidade dos materiais de compósitos de fibras. Também, uma vez que essas conexões requerem uma furação prévia na posição na qual o outro objeto vai ser fixado, a precisão do posicionamento pode ser um problema, especialmente se várias partes, que são conectadas entre si, forem fixadas na parte de compósito de fibras. As conexões adesivas podem funcionar bem, mas sofrem da deficiência que a resistência mecânica de uma ligação não pode ser maior do que a resistência mecânica de uma camada mais externa e da sua fixação no resto da peça. Ainda mais, um adesivo curável sempre requer um certo tempo de cura para reticulação. Isso vai aumentar consideravelmente o tempo de produção no caso de produção industrial. Para solucionar esse problema, foi proposto o uso de adesivos curáveis por UV, que tendem a serem curados mais rapidamente do que os adesivos curados termicamente. No entanto, requerem conectores pelo menos parcialmente transparentes, para permitir que a radiação de cura atinja o adesivo curável. Além disso, as linhas de cola vão sempre sofrer de sensibilidade em termos de espessura de camada e homogeneidade da distribuição de cola.
[0004] Também, outros materiais que os compósitos de fibras, incluindo os materiais clássicos, tal como metal em folha, estão sendo cada vez mais usados em versões leves, com uma resistência mecânica reduzida correspondentemente. Portanto, as fixações que requerem que o material seja enfraquecido - por exemplo, por um furo ou similar - são cada vez mais evitadas.
[0005] Além da cura por UV, a técnica anterior compreende uma abordagem de acelerar a cura de adesivos por aquecimento por indução. No entanto, esse método é limitado às conexões que envolvem peças metálicas. Também, o aquecimento indutivo é relação não específico e, além do mais, nem sempre uma opção, devido às restrições.
[0006] Vai ser, portanto, vantajoso proporcionar um método de fixação de outro segundo objeto (por exemplo, um conector) em um primeiro objeto, cujo método supera as deficiências do método da técnica anterior e que produz uma ligação mecânica segura e forte.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[0007] De acordo com um aspecto da invenção, um método de fixação de um segundo objeto em um primeiro objeto é proporcionado, o método compreendendo: - proporcionar o primeiro objeto compreendendo uma superfície de fixação; - proporcionar o segundo objeto; - colocar o segundo objeto relativo ao primeiro objeto, com uma resina em um estado fluido entre a superfície de fixação e o segundo objeto (nesse caso, a resina pode ser fluida desde o início ou pelo menos por meio do efeito de vibração mecânica, consultar a seguir); - enquanto a resina fica em contato com a primeira superfície de fixação e a segunda superfície de fixação, especialmente durante a compressão do segundo objeto no primeiro objeto, por exemplo, por uma ferramenta de vibração, provocar ação de vibração mecânica no segundo objeto ou no primeiro objeto, ou em ambos, desse modo, ativando a resina para reticulação; e - com o que, a resina, após reticulação, fixa o segundo objeto no primeiro objeto.
[0008] Nesse texto, "resina" indica qualquer substância que seja fluida pelo menos durante um estágio do processo (geralmente, um inferior viscoso) e que seja capaz de endurecer permanentemente pelas ligações covalentes geradas entre as moléculas da resina e/ou entre as moléculas da resina e outras substâncias. Por exemplo, a resina pode ser uma composição compreendendo um monômero ou vários deles, ou um pré-polímero, em um estado fluido que seja capaz de mudar irreversivelmente a uma rede polimérica por cura.
[0009] O método de fixação, de acordo com a invenção, apresenta a vantagem substancial de que o primeiro e o segundo objetos não precisam ser enfraquecidos, porque a ligação obtida pode ser uma ligação puramente adesiva. Também, especialmente se um dos objetos for comparavelmente fino - por exemplo, for uma folha metálica - o método apresenta a vantagem que nenhuma abertura de passagem precisa ser feita nesse objeto, e, por conseguinte, nenhuma medida precisa ser tomada para selagem, isolamento elétrico, etc. Também, a fixação é independente de estruturas predefinidas, e isso permite compensar a incompatibilidade com a tolerância (ajuste na posição - y) em uma maneira consideravelmente direta.
[0010] Os inventores verificaram que a vibração mecânica tem um efeito duplo. Primeiramente, faz com que a resina fique bem distribuída e, no estado umedecido, interpenetre, e, se aplicável, incorpora qualquer estrutura, na superfície de fixação, desse modo, fazendo com que a resina penetre nessa estrutura bem profundamente.
[0011] Em segundo lugar, a energia de vibração mecânica é principalmente absorvida na interface entre o primeiro objeto e o segundo objeto, e, na resina, estimula, desse modo, o processo de cura. Mais precisamente, verificou-se que a resina é curada ainda mais eficiente e predominante na interface. Se a superfície de fixação foi dotada com uma estrutura adequada, após o processo de endurecimento, a resina além de provocar uma conexão de material (isto é, uma ligação adesiva), também provoca uma conexão de encaixe positivo, devido ao fato que penetrou consideravelmente na estrutura, cuja estrutura pode incluir cortes inferiores. Verificou-se, na prática (por exemplo, por uso de um adesivo de epóxi de dois componentes como a resina), que o processo de cura é acelerado comparado a quão rápido teria sido sem a vibração ultrassônica por pelo menos um grau de grandeza. Como uma regra geral, um aumento de temperatura de cerca de 10°C reduz o tempo de cura em 50%. Na prática, um aumento de temperatura induzido por ultrassom, de curta duração de cerca de 5U0°C ou mesmo de 100°C pode ser observado. Nas concretizações, o segundo objeto tem uma estrutura diferente de ser meramente plano na superfície de fixação. Diferentemente, a superfície na superfície de fixação pode ter uma corrugação distinta. Especialmente, nas concretizações, o segundo objeto tem uma estrutura que inclui cortes inferiores. Desse modo, o material de resina interpenetrando na estrutura, auxiliado por vibração mecânica, vai, após ressolidificação, ser fixado no segundo objeto por uma conexão de encaixe positivo.
[0012] Nas concretizações, o primeiro objeto compreende uma peça de compósito de fibras, compreendendo uma estrutura de fibras embutida em um material matriz. Em um grupo de concretizações, a peça de compósito de fibras vai compreender especialmente uma parte da estrutura de fibras sendo exposta na superfície de fixação. O material de resina fluido é então forçado a interpenetrar na estrutura de fibras, os possíveis vazios no material sendo provocados a desaparecer. As vibrações também podem provocar pequenos movimentos das próprias fibras, e isso ajuda a impedir que pontos não sejam interpenetrados. Uma superfície de fibras exposta vai naturalmente compreender estruturas que definem um corte inferior, com o que a conexão de encaixe positivo mencionada acima é obtida, sem quaisquer medidas adicionais sendo necessárias.
[0013] Em particular, o método pode compreender a etapa de fazer com que a parte da estrutura de fibras fique exposta, especialmente, por remoção de uma parte mais externa da matriz.
[0014] Adicional ou alternativamente, nas concretizações nas quais o primeiro e/ou o segundo objeto é ou são de diferentes materiais do que um compósito de fibras, o método pode compreender provocar uma rugosidade superficial da superfície de fixação desse objeto, por um método conhecido para esse fim, por exemplo, por abrasão mecânica, ataque químico, etc.
[0015] A resina usada nessas concretizações pode ser de mesma composição química daquela do material matriz da peça de compósito de fibras, ou pode ser de uma composição diferente.
[0016] A própria peça de compósito de fibras pode constituir um primeiro objeto, ao qual o segundo objeto vai ser preso, ou pode constituir uma parte do primeiro objeto, cujo primeiro objeto pode compreender partes adicionais conectadas à peça de compósito de fibras.
[0017] O fato que a estrutura de fibras é exposta na superfície de fixação significa que a estrutura carece de uma distribuição homogênea do material matriz embutindo inteiramente as fibras, de modo que o material de resina seja capaz de escoar para as estruturas formadas entre as e/ou abaixo das fibras.
[0018] Para que a parte da estrutura de fibras seja exposta na superfície de fixação, o método pode compreender remover material de matriz da superfície de fixação, para expor uma parte da estrutura de fibras, antes de colocar o segundo objeto relativo à peça de compósito de fibra.
[0019] Essa etapa de remoção de material matriz pode compreender qualquer etapa adequada de remoção de material. Por exemplo, essa etapa pode compreender jateamento com areia da superfície de fixação. Adicional ou alternativamente, a etapa pode compreender ataque químico. Adicionalmente ou como uma outra alternativa, a etapa pode compreender esmerilhamento. Em qualquer caso, a etapa pode compreender a subetapa de proporcionar uma máscara e fazer com que apenas partes da superfície sejam expostas à remoção de material, para a qual se deseja que a estrutura de fibras seja exposta.
[0020] Como uma alternativa à peça de compósito de fibras, também outros materiais são materiais adequados para o primeiro objeto. Em grupos de concretizações, esses materiais compreendem especialmente uma estrutura porosa ou então heterogênea. Um exemplo desse material é uma espuma metálica. Adicionalmente ou como uma alternativa, o primeiro objeto pode compreender irregulardades superficiais na superfície de fixação, cujas irregularidades superficiais são provocadas em um processo de ablação (mecânico, por irradiação, ataque químico, etc.) ou em um processo aditivo (revestimento).
[0021] Como uma analogia à estrutura exposta de fibras, em primeiros objetos metálicos ou cerâmicos, as estruturas podem ser os limites de grãos expostos por ataque químico ou por geração de geometrias de ataque químico.
[0022] Para resumir, o método pode compreender dotar o primeiro objeto com irregularidades superficiais na superfície de fixação, cujas irregularidades superficiais podem ser constituídas por uma exposição de uma parte da estrutura de fibras, por uma ablação heterogênea ou por um processo aditivo.
[0023] Adicionalmente ou como uma alternativa, o método pode compreender influenciar a química superficial do primeiro e/ou do segundo objeto, por exemplo, por um processo aditivo ou ablativo (revestimento - por exemplo, preparação -, ativação, etc.), por exemplo, para provocar uma concentração superficial suficiente de grupos OH ou grupos NH.
[0024] Em muitos exemplos descritos a seguir, o primeiro objeto é uma peça de compósito de fibra. No entanto, a indicação também se aplica a outros primeiros objetos, incluindo espumas metálicas, folhas metálicas ou outras peças metálicas (com ou sem superfície rugosa), cerâmica porosa ou não porosa, plástico poroso ou não poroso ou qualquer objeto, por exemplo, dotado com irregularidades superficiais.
[0025] Outra vantagem da abordagem de acordo com a invenção é que as etapas antes de colocar o segundo objeto em contato com o primeiro objeto não requerem qualquer precisão em termos de posicionamento. Uma etapa de remoção do material matriz na superfície de fixação, para expor a parte da estrutura de fibras (ver abaixo), ou outra etapa de preparação superficial, pode ser feita apenas aproximadamente em uma posição na qual a fixação vai ocorrer. Se o posicionamento preciso do segundo objeto com relação à peça de compósito de fibras é necessário, essa precisão pode ser obtida por disposição direta da segunda peça na posição desejada. Isso se opõe às abordagens nas quais, por exemplo, um furo feito de antemão define a posição relativa.
[0026] Isso é especialmente vantajoso considerando o fato que, devido à cura rápida provocada pela abordagem de acordo com a invenção, o método pode ser facilmente integrado em processos de produção industriais, nos quais equipamento correspondente é usado para colocar os objetos relativamente entre eles, e os problemas de tolerância podem ser diretamente equalizados.
[0027] O segundo objeto pode ser um conector e, desse modo, servir para ficar um outro objeto ao primeiro objeto. Para esse fim, o segundo objeto pode compreender uma estrutura de união, tal como uma parte rosqueada, uma parte de porca, uma parte de uma baioneta ou um conector prendedor, ou qualquer outra estrutura de união. Alternativamente, o segundo objeto pode ser uma estrutura ou um alojamento, ou qualquer outro objeto a ser preso no primeiro objeto.
[0028] Em um grupo de concretizações, o segundo objeto compreende um segundo compósitos de fibras - se aplicável, de uma mesma composição que a peça de compósito de fibras ou de uma composição diferente. Em um subgrupo dessas concretizações, uma parte da estrutura de fibras de reforço do segundo objeto é exposta antes da etapa de compressão, com o que a resina também se infiltra na estrutura de fibras do segundo objeto, com um efeito similar àquele descrito no presente relatório descritivo para a primeira peça de compósito de fibras.
[0029] Em outras concretizações, o segundo objeto, na segunda superfície de fixação, compreende um material diferente de um compósito de fibras. Pode ser, por exemplo, metálico, com ou sem uma superfície rugosa, de vidro, cerâmica, de um material de base polimérica, etc. Em um grupo especial de concretizações, o segundo objeto compreende uma estrutura superficial rugosa e/ou porosa.
[0030] Nas concretizações, o segundo objeto compreende, por exemplo, uma segunda superfície de fixação voltada para longe, que, na etapa de colocação do segundo objeto relativo ao primeiro objeto, é colocada para contatar a superfície de fixação do primeiro objeto (a "primeira superfície de fixação"), com a resina entre as superfícies de fixação.
[0031] Nas concretizações, essa segunda superfície de fixação é dotada com pelo menos um entalhe (ranhura/canal, furo ou similar), que, quando a segunda superfície de fixação é comprimida contra a primeira superfície de fixação, uma cavidade é formada, cuja cavidade pode servir como um volume de armazenamento temporário para o material de resina excedente e direcionar o fluxo de resina. Especialmente, o pelo menos um entalhe pode formar um sistema de canais de, por exemplo, canais se estendendo radialmente direcionando efetivamente o fluxo. Mais genericamente, a segunda superfície de fixação pode ser dotada com pelo menos um entalhe ou protuberância, resultando em uma estrutura macroscópica deixando espaços de profundidade definida na interface. Em um exemplo, a estrutura macroscópica pode ser constituída por um modelo de protuberâncias (espaçadores) gerando um vão adesivo de espessura definida, em que as vibrações garantem um enchimento seguro desse vão, além de produzir uma distribuição aperfeiçoada e possibilitando o molhamento.
[0032] Além disso, essas estruturas tendem a aumentar a superfície, desse modo, aperfeiçoando a fixação. Essas estruturas podem, por exemplo, constituir estruturas de encaixe positivo para reforçar ainda mais a conexão.
[0033] Em um grupo especial de concretizações, o segundo objeto, no lado voltado para o primeiro objeto, pode compreender uma parte de contato termoplástica estruturada geometricamente. Quando as vibrações mecânicas agem, essas estruturas geométricas podem servir como condutores de energia, e um processo de liquefação do material termoplástico pode ocorrer localmente nelas. Desse modo, uma rede de completa penetração é gerada entre o material termoplástico e a resina, cuja rede, por um lado, pode ainda aumentar a resistência mecânica da fixação, e, por outro lado, possibilita uma compensação de irregularidades geométricas. Mais calor adicional é gerado por absorção da energia de vibração pelo material termoplástico, o que acelera ainda mais o processo de cura. Finalmente, a rede de penetração completa forma, especialmente, devido à ductilidade do material termoplástico, uma camada intermediária resistente a impacto, que permite compensar a fragilidade da conexão adesiva por meio da conexão adesiva por meio da resina.
[0034] Esse conceito pode ser, alternativa ou adicionalmente, aplicado ao primeiro objeto, compreendendo material termoplástico na primeira superfície de fixação.
[0035] Adicionalmente ou como uma alternativa ao ou aos entalhes da segunda superfície de fixação, uma estrutura compreendendo pelo menos um entalhe (canal, ranhura, furo) pode ser proporcionada na primeira superfície de fixação. Esse entalhe, no primeiro objeto, pode ser pré-manufaturado (por exemplo, em um processo de Moldagem de Transferência de Resina, no qual a peça de compósito de fibras foi manufaturada) e/ou pode ser manufaturado por uma etapa de remoção, por exemplo, uma etapa de remoção de material com um meio (jateamento com areia, ataque químico ou similar), que não apenas afeta o material de matriz, mas também as fibras.
[0036] O primeiro objeto - ou o segundo objeto se a vibração mecânica agir no primeiro objeto - pode, durante a etapa de compressão, ser colocado contra um suporte, especialmente, um suporte não vibratório. É também uma opção aplicar a vibração de ambos os lados, isto é, comprimir as ferramentas de vibração tanto contra o segundo objeto quanto contra o primeiro objeto.
[0037] Nesse texto, o termo "peça de compósito de fibras" se refere, de uma maneira geral, a peças que compreendem uma estrutura de fibras, tal como uma disposição de atados de fibras, uma estrutura têxtil de fibras ou qualquer estrutura de fibras, e um material matriz no qual as fibras são embutidas. Frequentemente, nessas estruturas, as fibras são denominadas "fibras contínuas", isto é, fibras com comprimentos que podem exceder 10 mm. As fibras vão ser, por exemplo, fibras de carbono. Esses compósitos de fibras são frequentemente referidos como "compósitos de fibras de carbono" ou "polímero reforçados com fibras de carbono" ou "plásticos reforçados com fibras de carbono", frequentemente, também apenas como "carbono". Outras fibras que as de carbono, tais como fibras de vidro, de cerâmica ou poliméricas, não são excluídas.
[0038] Em um grupo de concretizações, o segundo objeto é um prendedor tendo uma placa de ancoragem (ou "cabeça de prendedor") e um elemento de fixação ligado à placa de ancoragem. O elemento de fixação pode ter qualquer propriedade da técnica anterior e ser, por exemplo, um parafuso rosqueado (com uma rosca externa e/ou uma rosca interna), um parafuso sem uma rosca, mas, por exemplo, com canais de cola, um pino, uma porca, um gancho, um ilhó, uma base para um acoplamento de baioneta, etc. O prendedor, nas concretizações desse grupo, podem ser constituídos essencialmente como um prendedor vendido com o nome comercial "bighead" e tencionado para ser colado em uma superfície de outro objeto.
[0039] A placa de ancoragem dos prendedores desse grupo pode, adicionalmente ou como uma alternativa às estruturas opcionais discutidas acima da segunda superfície de fixação, ter pelo menos uma abertura de passagem. Durante o processo, as partes da resina vão ser então provocadas a penetrar na ou nas aberturas de passagem e, desse modo, contribuir para o efeito de fixação.
[0040] Nas concretizações desse grupo, a placa de ancoragem é dotada com pelo menos um espaçador se projetando da segunda superfície de fixação. Esses espaçadores definem uma distância mínima entre a primeira superfície de fixação e a segunda superfície de fixação, e, desse modo controlam uma espessura da camada de resina. O tamanho do espaçador, por um lado, e a composição de resina e os requisitos (por exemplo, a compensação de incompatibilidades de extensão térmica) da fixação nele podem ser adaptados entre eles.
[0041] Um ou mais espaçadores podem ser dispostos perto de uma ou mais aberturas, por exemplo, formando um colar circundando uma ou mais aberturas. Nessa concretização, um ou mais espaçadores têm o efeito adicional de auxiliar no controle da quantidade de resina, que escoa de volta em uma direção próxima pelo efeito da força de compressão e da vibração.
[0042] A ferramenta de vibração, usada para acoplamento da vibração no conjunto, pode ser adaptada ao segundo objeto (prendedor), para que a ferramenta se acople e seja comprimida diretamente contra uma superfície voltada para perto da placa de ancoragem. Em muitas concretizações, especialmente incluindo as, mas não limitadas às, concretizações nas quais a vibração é uma vibração longitudinal, a ferramenta de vibração é, portanto, adaptada para ser comprimida contra uma superfície voltada para perto da placa de ancoragem.
[0043] Para esse fim, a ferramenta de vibração pode compreender um entalhe receptor para o elemento de fixação e ficar em um contato transmitindo força e vibração com a placa de ancoragem.
[0044] O entalhe receptor ou outra estrutura receptora da ferramenta de vibração pode ser equipado para ser uma estrutura de guia cooperando com o elemento de fixação, para orientar o segundo objeto relativo à ferramenta de vibração. Essa estrutura de guia pode ser configurada como uma estrutura de fixação cooperando com o elemento de fixação, para fixar o segundo objeto na ferramenta de vibração. Alternativamente, pode ser uma estrutura de guia solta, por exemplo, orientando lateralmente o elemento de fixação enquanto é desacoplada com relação aos movimentos relativos axiais.
[0045] Um possível problema pode ser o confinamento da resina, que pode ser incialmente relativamente fluida, durante o processo, especialmente, uma vez que a vibração mecânica aumenta inicial a mobilidade da resina.
[0046] Uma primeira opção de um confinamento lateral é dotar o segundo objeto e/ou o primeiro objeto com um item de confinamento periférico, para confinar a resina durante a etapa de compressão do segundo objeto e do primeiro objeto entre eles e provocar ação da vibração mecânica. Esse item de confinamento periférico pode compreender, por exemplo, um colar voltado para longe, anular, periférico do segundo objeto, por exemplo, de uma extensão igual ou similar àquela do um ou mais espaçadores (se algum). Esse colar anular periférico pode servir, alternativamente, como o (único) espaçador. É também possível dotar o segundo objeto e/ou o placa de ancoragem com uma forma superficial, que fica abaulada do lado da resina no local dela, isto é, o segundo objeto fica abaulado na direção próxima e/ou o primeiro objeto fique abaulado para longe. Desse modo, uma bolsa é formada para a resina. O confinamento por essa forma pode ser tal que a bolsa é fechada lateralmente, ou que a bolsa é aberta, com o que um certo fluxo lateral reduzido da resina da bolsa e/ou para a bolsa se mantém possível.
[0047] Uma segunda opção de um confinamento lateral é dotar a ferramenta de vibração com um item de confinamento periférico. Esse item de confinamento periférico pode compreender uma protuberância anular na periferia do segundo objeto e se projetando na direção da primeira superfície de fixação.
[0048] De acordo com uma terceira opção, um elemento de confinamento separado pode ser usado, que circunda, pelo menos parcialmente, o segundo objeto (se aplicável, por exemplo, à placa de ancoragem) para confinar a resina.
[0049] As opções podem ser combinadas arbitrariamente.
[0050] A dispensação da resina, antes de colocar conjuntamente as superfícies de fixação, pode compreender o uso de uma ferramenta de dispensação, para dispensar a resina na primeira superfície de fixação e/ou na segunda superfície de fixação.
[0051] Em um grupo de concretizações, o método compreende aplicar uma resina a uma parte relativamente grande de uma superfície de um dos objetos, antes de colocar o segundo objeto relativo a placa de ancoragem e ativar a resina para reticular pela vibração mecânica.
[0052] Esse grupo é especialmente adequado para as concreti zações nas quais o segundo objeto (e, por exemplo, também o primeiro objeto) é plano e em forma de folha ou tem pelo menos uma parte em folha de folha, plana.
[0053] Se dois objetos, tendo uma superfície comum relativamente grande, fossem ser ligados entre si por uma ligação adesiva, de acordo com a técnica anterior, em um processo de manufatura, após colocar conjuntamente o primeiro e o segundo objetos, com o adesivo entre as superfícies de fixação, o processo tinha que esperar até o adesivo estar suficientemente endurecido. Alternativamente, rebites eram usados para estabilizar provisoriamente as posições relativas do primeiro e do segundo objetos, até que o adesivo tivesse sido endurecido suficientemente. As conexões de rebites apresentavam vantagens bem conhecidas, discutidas sucintamente na parte introdutória desse texto.
[0054] De acordo com o grupo mencionado de concretizações, a ativação é conduzida seletivamente, apenas para um local distinto ou para vários locais distintos, com a resina se mantendo fora de influências em posições diferentes de um ou mais locais distintos. Desse modo, a resina em um ou mais locais distintos pode estabilizar provisoriamente o conjunto do primeiro e do segundo objetos, até que o material adesivo tenha sido endurecido inteiramente, por exemplo, após um tempo de espera ou tempo de aquecimento. Desse modo, o grupo de concretizações propicia a vantagem de estabilização provisória (com a possibilidade de processamento adicional do conjunto), sem as desvantagens de um rebite ou de uma conexão similar (rosqueada, etc.).
[0055] Nas concretizações desse grupo, um possível desafio disso pode ser aquele dependente da rigidez do segundo objeto, ou pode ser a dificuldade de acoplar seletivamente a vibração pelo segundo objeto no ponto desejado, sem que uma energia de vibração demasiada seja dissipada lateralmente pelo segundo objeto, por exemplo, ao longo de um plano de folha do segundo objeto.
[0056] Em um subgrupo de concretizações, o segundo objeto é de um material, que é localmente suficientemente flexível para acoplar a vibração naquela parte da resina que fica imediatamente abaixo da ferramenta de vibração, o que acopla a vibração no segundo objeto.
[0057] Além disso ou como uma alternativa, o segundo objeto compreende uma deformação local, por exemplo, incrustação, que apresenta propriedades de condução de energia. Por exemplo, essa deformação local pode compreender uma estrutura corrugada, em que a corrugação serve como um condutor de energia.
[0058] Além disso ou como uma alternativa, o segundo objeto pode compreender uma estrutura de desacoplamento de vibração (que trabalha em uma maneira similar a uma junta) em torno do local distinto, por exemplo, uma ranhura.
[0059] Como outra alternativa, que pode ser, opcionalmente, combinada com as possibilidades mencionadas, um elemento auxiliar é colocado no local distinto, entre o primeiro e o segundo objetos. Esse elemento auxiliar serve como um absorvente para energia de vibração mecânica e, desse modo, aquece o material de resina circundante em uma maneira dirigida. O elemento auxiliar pode compreender um condutor de energia para esse fim. Esse elemento auxiliar pode compreender material termoplástico.
[0060] Nas concretizações, esse elemento auxiliar pode ser de um elastômero termoplástico. Então, o módulo E pode ser ajustado de acordo com o módulo da resina (após reticulação). As propriedades mecânicas vão tender a ser influenciadas no máximo minimamente.
[0061] Nas concretizações, esse elemento auxiliar pode ser depositado conjuntamente com a resina. Por exemplo, se a resina for depositada como um filete de resina por uma ferramenta automatizada adequadamente, o elemento auxiliar pode ser depositado pela ferramenta conjuntamente com o filete.
[0062] Nas concretizações, o elemento auxiliar pode ser formado para ser estendido por uma grande parte da interface entre o primeiro e o segundo objetos, por exemplo, por ser uma estrutura plana flexível, tal como uma malha ou similar, formando as estruturas condutoras de energia distribuídas por uma grande superfície, por exemplo, em um modelo regular. Uma estrutura plana flexível é, nesse contexto, uma estrutura plana que é deformável sem uma introdução de força substancial em sem efeito de retorno elástico, tal como um pedaço de têxtil, uma malha, uma folha, etc. Em algumas concretizações, em vez de ser uma estrutura plana flexível, o elemento auxiliar pode ser também uma estrutura plana rígida.
[0063] Nas concretizações com um elemento auxiliar estendido, a deposição do elemento auxiliar não tem que ser, necessariamente, com um posicionamento preciso, mesmo se a posição de uma conexão adesiva, com rápido endurecimento ativado pela vibração, precisar ser definida precisamente, porque essa definição precisa pode ser depois provocada pela posição da ferramenta pela qual a vibração é aplicada.
[0064] De acordo com uma possibilidade, uma posição do elemento auxiliar pode ser definida por uma estrutura adequada do primeiro ou do segundo objeto, por exemplo, um entalhe de guia (furo de guia) dos primeiro/segundo objetos cooperando com uma protuberância correspondente do elemento auxiliar.
[0065] Se o elemento auxiliar compreender material termoplástico, que é tornado fluido durante o processo, uma parte fluida dele pode, além do efeito de aquecimento, também provocar um fluxo de material, desse modo, tem uma função de agitação na resina e induz uma estrutura adicional, que contribui para o efeito de fixação da resina.
[0066] Um elemento auxiliar, além de servir como um absorvente, pode ter a função de ser um espaçador, e, desse modo, definir uma espessura da resina entre o primeiro e o segundo objetos.
[0067] Em um grupo de concretizações, o primeiro objeto ou o segundo objeto é pelo menos parcialmente um material termoplástico, e o outro (o segundo objeto ou o primeiro objeto) tem uma parte perfurante, que é equipada para perfurar o material termoplástico do primeiro objeto ou do segundo objeto, respectivamente, durante a etapa de aplicação da força de compressão e da vibração mecânica.
[0068] A parte perfurante pode compreender uma ponta perfurante e pode compreender, opcionalmente, um corte inferior com relação à direção axial.
[0069] A parte perfurante age durante o processo como um condutor de energia de vibração, e, pelo impacto da energia de vibração, torna localmente o material termoplástico fluido. Isso tem, primeiramente, o efeito de permitir que a parte perfurante penetre no segundo objeto, em que, após ressolidificação de partes do material termoplástico fluxo, uma ancoragem adicional (além do efeito da resina) é obtida. Também, possíveis perturbações na placa de ancoragem são niveladas pelo material termoplástico fluido (efeito de cura). Como um segundo efeito, a energia de vibração mecânica absorvida provoca um aquecimento local do conjunto em torno da interface entre a parte perfurante e o primeiro objeto, com o que a resina é submetida à ativação local, como explicado acima.
[0070] A parte perfurante pelas razões mencionadas proporciona uma estabilidade rápida e primária, ainda que nem toda a resina seja endurecida. Isso pode ser importante em processos de manufatura nos quais o conjunto precisa ter rapidamente uma estabilidade suficiente para se movimentar a uma etapa de manufatura seguinte.
[0071] Em outro grupo de concretizações, o segundo objeto e/ou o primeiro objeto é ou são pelo menos produzidos parcialmente de material termoplástico e compreende ou compreendem pelo menos um item de condução de energia - tal como uma protuberância formando uma ponta ou borda - que, durante o processo, é forçada a ficar em contato com a placa de ancoragem ou o segundo objeto, respectivamente. Quando as forças de vibração e compressão são acopladas no conjunto, a energia vai ser absorvida localmente no ou nos locais de um ou mais itens de condução de energia. Isso vai fazer com que o material termoplástico do item de condução de energia fique localmente fluido e provoque uma deformação. Devido à absorção de energia nas protuberâncias, a resina vai ser submetida à ativação local adicional em torno das protuberâncias provocando zonas endurecidas, que garantem pontos de estabilidade primária, ainda que nem toda a resina esteja ainda endurecida.
[0072] Nessas concretizações, o material fluido em torno dos itens de condução de energia podem ter, opcionalmente, além da função de contribuir para o processo e/ou o efeito de fixação, por exemplo, ao provocar uma solda no respectivo outro objeto (se os materiais forem selecionados correspondentemente), provocar uma conexão de encaixe positivo, etc. e/ou por contribuição ao controle de processo, por exemplo, por definição da distância entre o primeiro e o segundo objetos, na qual a contrarresistência mecânica entre eles é mudada, que fica mais alta, etc.
[0073] Nas concretizações, o segundo objeto e/ou o primeiro objeto é ou são moldados para a resina, para provocar uma conexão de encaixe positivo além da ligação adesiva. Para esse fim, o segundo e/ou o primeiro objeto pode ou podem ser dotados com uma estrutura para que a resina escoe em uma maneira que, após ressolidificação, um corte inferior seja obtido. Em um subgrupo dessas concretizações, se o segundo objeto/primeiro objeto tiver uma parte em forma de folha fina, essa estrutura pode compreender uma abertura nesse segundo objeto/primeiro objeto, pela qual uma parte da resina possa escapar e escoar para um espaço aberto além da abertura, isto é, próxima da parte do segundo objeto que tem a abertura e/ou para longe da parte do primeiro objeto que tem a abertura, respectivamente. Desse modo, uma conexão de encaixe positivo em forma de botão é provocada após endurecimento da resina.
[0074] Uma ferramenta, pela qual a vibração é aplicada, pode ser um sonotrodo acoplado a um dispositivo para gerar a vibração. Esse dispositivo pode ser, por exemplo, um dispositivo energizado elétricamente portátil compreendendo um meio adequado, tal como um transdutor piezelétrico, para gerar as vibrações.
[0075] A vibração mecânica pode ser uma vibração longitudinal; a ferramenta, pela qual a vibração é aplicada, pode vibrar essencialmente perpendicular à parte superficial (e a ferramenta é também comprimida na direção longitudinal); isso não exclui as forças laterais na ferramenta, por exemplo, para movimentação da ferramenta pela parte superficial.
[0076] Em outras concretizações, a vibração é uma vibração trans versal, isto é, oscilação predominante a um ângulo, por exemplo, perpendicular ao eixo proximodistal e, por conseguinte, por exemplo, paralelo à primeira e à segunda superfícies de fixação. A energia e a amplitude da vibração podem ser, desse modo, similares aos parâmetros da vibração longitudinal.
[0077] Em outro grupo de concretizações, que pode ser conside rado como um subgrupo de concretizações com vibração transversal, a oscilação pode ser oscilação rotativa, isto é, o item vibratório vibra em um movimento de torção para trás e para frente.
[0078] A ferramenta de vibração é, em muitas concretizações, usada para comprimir o segundo objeto contra o primeiro objeto, durante ação das vibrações. Para aplicar uma contraforça no primeiro objeto, um suporte não vibratório pode ser usado (isto é, a ferramenta de vibração comprime o segundo objeto e o primeiro objeto contra um suporte não vibratório). Esse suporte não vibratório pode ser, por exemplo, uma mesa de trabalho ou ser constituído por uma estrutura, que retém o primeiro objeto, etc.
[0079] Em um grupo de concretizações, uma folha de controle é usada para o processo. Essa folha de controle (ou folha auxiliar) pode estar presente entre o suporte não vibratório e o primeiro objeto, e/ou entre a ferramenta e o segundo objeto (ou, geralmente, entre a ferramenta e um ou mais objetos, que são comprimidos contra ela).
[0080] Essa folha de controle pode ser, por exemplo, de plástico, que não fica fluido sob as condições que são aplicadas durante o processo, por exemplo, poli (tetrafluroetileno) (PTFE), ou de papel.
[0081] A folha tem as seguintes possíveis funções: - distribuição do impacto de força: especialmente, se o primeiro e/ou o segundo objetos forem em forma de folha, vão ser os seus próprios comportamentos de vibração com as frequências de ressonância e o comprimento de onda geralmente diferentes da frequência e do comprimento de onda, respectivamente, da vibração acoplada; isso vai provocar o acoplamento apenas em certos pontos de contato em vez de em toda superfície de contato e perdas; a folha comparavelmente macia vai equilibrar essas incompatibilidades (vai equilibrar as incompatibilidades de impedância) e, desse modo, aperfeiçoar as propriedades de acoplamento; e - prevenção de fluxo térmico: frequentemente, os sono- trodos aplicáveis e/ou os suportes não vibratórios aplicáveis (por exemplo, mesas de trabalho) são de um metal ou de outro bom condutor térmico; o contato direto íntimo entre o sonotrodo/suporte, por um lado, e os primeiro/segundo objetos, por outro lado, vai resultar em um fluxo de calor substancial no sonotrodo/suporte; a eficiência do processo é consequentemente diminuída; a folha de controle tem um efeito de isolamento térmico, que reduz drasticamente o fluxo térmico.
[0082] A folha de controle é, nesse caso, usada como um elemento auxiliar, que é removido após o processo. Para esse fim, a folha de controle é de um material que não gruda nos primeiro/segundo objetos.
[0083] Opcionalmente, a folha de controle pode estar presente como um revestimento da ferramenta de vibração/suporte não vibratório.
[0084] A vibração mecânica pode ser uma vibração ultrassônica, por exemplo, uma vibração de uma frequência entre 15 kHz e 100 kHz, especialmente, entre 20 kHz e 60 kHz. Para os tamanhos típicos dos segundos objetos (por exemplo, com dimensões laterais características de cerca de 1 cm) e dimensões de peças compostas, por exemplo, para a indústria automotiva (peças de carrocerias de carros), uma potência em torno de 100 - 200 W passou a ser suficiente, embora a potência a ser aplicada possa variar bastante dependendo da aplicação.
[0085] Em qualquer concretização, existe a opção de conduzir o método por uma ferramenta, que compreende um controle automático da força de compressão. Por exemplo, o dispositivo pode ser configurado para ativar as vibrações apenas se uma certa força de compressão mínima for aplicada, e/ou desativar as vibrações tão logo uma certa força de compressão máxima seja obtida. Especialmente, este último caso pode ser benéfico para peças nas quais uma deformação indesejável deva ser evitada, tais como certas partes de carroceria de carros.
[0086] Para esse fim, de acordo com uma primeira opção, a capacidade dos transdutores piezelétricos em medir uma pressão aplicada pode ser usada. De acordo com uma segunda opção, um mecanismo especial pode estar presente no dispositivo. Por exemplo, uma unidade, que contém o transdutor e à qual a ferramenta (sonotrodo) é presa, pode ser montada deslizante contra uma força elástica dentro de um invólucro. O dispositivo pode ser configurado de modo que as vibrações podem ser ativadas apenas se a unidade for deslocada por um certo deslocamento mínimo e/ou apenas se não for deslocado por mais de um certo deslocamento máximo. Para atingir isso, meios bem conhecidos na técnica, tais como barreiras de luz, contatos elétricos deslizantes, chaves sensíveis à pressão ou outros meios podem ser usados. Também, uma luva deformável ou similar do tipo descrito a seguir pode conter ou operar um contato ou chave, ou similar, para controlar a força de compressão.
[0087] A frequência de vibração pode influenciar a maneira na qual as vibrações agem. Uma menor frequência vai provocar um comprimento de onda mais longo. Por adaptação do comprimento de onda às dimensões da peça a ser completada, o operador pode ter uma influência na, ou em cuja, profundidade o efeito das vibrações é o mais forte e em se a energia é basicamente absorvida em um regime de "campo próximo", em um regime de "campo distante" ou em um regime intermediário.
[0088] A invenção compreende ainda um kit de peças para conduzir o método, o kit de peças compreendendo o material de resina (para ser preciso: a matéria-prima para o material de resina, que pode, por exemplo, compreender dois componentes que vão ser misturados para produzir a resina), bem como um segundo objeto e uma ferramenta de aplicação de vibração (por exemplo, sonotrodo), tendo uma face fora de acoplamento distal, adaptada a uma face em acoplamento voltada para perto do segundo objeto. O kit pode compreender ainda um dispositivo de remoção de material, tal como um dispositivo de jateamento de areia.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0089] A seguir, os modos para conduzir a invenção e as concretizações são descritos com referência aos desenhos. Os desenhos são esquemáticos. Nos desenhos, os mesmos números de referência se referem aos mesmos ou a elementos análogos. Os desenhos mostram:
[0090] - Figuras 1a - 1d: seções de uma peça de compósito de fibras durante as diferentes etapas de um método de fixação de um segundo objeto nela;
[0091] - Figura 2: uma peça de compósito de fibras com um ponto exposto preparado;
[0092] - Figura 3 - uma configuração alternativa de uma peça de compósito de fibras com um segundo objeto e um sonotrodo;
[0093] - Figuras 4 - 6, em vista pelo fundo e em seção, diferentes segundos objetos;
[0094] - Figura 7: uma configuração com um segundo objeto compreendendo múltiplos componentes;
[0095] - Figura 8: um prendedor constituindo um segundo objeto;
[0096] - Figura 9: uma seção transversal parcial por uma placa de ancoragem de um prendedor do tipo mostrado na Figura 8;
[0097] - Figuras 10 - 14: seções transversais parciais de outras configurações;
[0098] - Figura 15: uma vista de um sonotrodo;
[0099] - Figura 16: um conjunto de um primeiro e de um segundo objeto;
[00100] - Figuras 17 e 18: seções por um conjunto de uma placa de ancoragem, um segundo objeto e um sonotrodo, com um filete de resina sendo dispensado entre o primeiro e o segundo objetos;
[00101] - Figura 19: um exemplo de um segundo objeto;
[00102] - Figura 20: uma seção por uma disposição com um elemento auxiliar;
[00103] - Figuras 21 - 23: vistas pelo topo de concretizações de elementos auxiliares;
[00104] - Figura 24: um elemento auxiliar com um niple de guia;
[00105] - Figura 25: uma vista pelo fundo de outro segundo objeto;
[00106] - Figura 26: uma vista pelo fundo parcial de mais outro segundo objeto;
[00107] - Figura 27: uma seção por um conjunto de um primeiro objeto, um segundo objeto e um sonotrodo, com um filete de resina sendo dispensado entre o primeiro e o segundo objetos;
[00108] - Figura 28: uma variante de uma disposição de um primeiro objeto e de um segundo objeto;
[00109] - Figura 29: outra seção por um conjunto de um primeiro objeto, um segundo objeto e um sonotrodo, com um filete de resina sendo dispensado entre o primeiro e o segundo objetos e com um elemento auxiliar;
[00110] - Figura 30: uma vista pelo topo parcial de um elemento auxiliar;
[00111] - Figura 31, de novo em seção, uma disposição durante o processo, em que a disposição compreende ainda folhas de controle;
[00112] - Figura 32: mais outra seção por um conjunto de um primeiro objeto, um segundo objeto e um sonotrodo, com um filete de resina sendo dispensado entre o primeiro e o segundo objetos;
[00113] - Figura 33: em seção, uma disposição com uma conexão de encaixe positivo;
[00114] - Figura 34: uma vista pelo topo parcial de um segundo objeto para a disposição da Figura 33;
[00115] - Figuras 35 e 36: mais outras seções por um conjunto de um primeiro objeto, um segundo objeto e um sonotrodo, com um filete de resina sendo dispensado entre o primeiro e o segundo objetos;
[00116] - Figura 37: um conjunto resultante após o processo mostrado na Figura 36;
[00117] - Figura 38: uma variante do conjunto da Figura 36 sem o sonotrodo; e
[00118] - Figura 39: uma vista pelo fundo parcial de um segundo objeto.
DESCRIÇÃO DAS CONCRETIZAÇÕES PREFERIDAS
[00119] A Figura 1a mostra, em seção, uma peça de compósito de fibras 1, que tem uma estrutura de fibras 11 embutida em uma matriz 12 de resina endurecida. Para fins ilustrativos, em todos os exemplos descritos, a peça de compósito de fibras é considerada como tendo uma forma genérica achatada, como tem, por exemplo, uma peça de carroceria de carro, ou uma parede de aeronave ou assemelhados. Todos os exemplos da invenção são, no entanto, também aplicáveis aos primeiros objetos, que não são achatados, mas têm qualquer outra forma.
[00120] A Figura 1A mostra esquematicamente a etapa de remoção de material matriz de um ponto na superfície de fixação (a superfície voltada para perto; a superfície de topo na orientação mostrada na Figura 1a). Um dispositivo de jateamento com areia 40 cria um jato 42 de partículas abrasivas, que removem o material matriz, mas cuja energia não é suficiente para danificar sistematicamente as fibras 11.
[00121] Na configuração da Figura 1a, uma máscara 41 é usada para cobrir partes da superfície que não são jateadas com areia. Em vez de usar uma máscara, o dispositivo de jateamento com areia pode tentar remover material matriz apenas no local desejado.
[00122] A Figura 1b mostra a peça de compósito de fibras 1, após a etapa de exposição da parte da estrutura de fibras: ao longo de uma peça de superfície exposta 13 de fibras expostas 11, o material matriz é removido essencialmente pelo menos a uma determinada profundidade. Na prática, a profundidade pode ser igual ou superior a umas poucas centenas de micrômetros, por exemplo, superior a 50 micrômetros.
[00123] Depois, uma parte de resina 3 é colocada na peça de superfície exposta 13 (Figura 1c). A resina pode ser, por exemplo, uma mistura de dois componentes de uma resina, por exemplo, uma resina epóxi ou de poliéster. A parte de resina pode, opcionalmente, cobrir inteiramente a peça de superfície exposta 13, mas isso não é necessário.
[00124] Além disso ou como uma alternativa à dispensação da parte de resina na peça de compósito de fibras 1, a resina também pode ser dispensada no segundo objeto.
[00125] Depois, como mostrado na Figura 1d, a peça de compósito de fibras e o segundo objeto 1 são comprimidos entre eles, com a resina entre as respectivas superfícies de fixação (constituídas pela superfície voltada para longe do segundo objeto 2 e a superfície voltada para perto da peça de compósito de fibras).
[00126] Na configuração ilustrada, o segundo objeto compreende vários entalhes, isto é, os canais 21 na segunda superfície de fixação. Em virtude da força de compressão, a resina vai, pelo menos parcialmente, encher esses canais 21.
[00127] Também (essa é uma opção independentemente se o segundo objeto compreende ou não entalhes), o segundo objeto 2 é de um compósito reforçado com fibras, com as fibras 24 expostas em posições na quais vai haver um contato com a resina.
[00128] Na etapa de compressão, um sonotrodo 6 comprime o segundo objeto 2 contra a peça de compósito de fibras 1, em que este último de apoia em um suporte não vibratório (não mostrado na Figura 1d). Ao mesmo tempo, a vibração mecânica, especialmente a vibração ultrassônica, é acoplada com o segundo objeto. Por meio do efeito da vibração, a resina é feita se infiltrar efetivamente nas fibras expostas da peça de compósito de fibras e, se aplicável, do segundo objeto. Ao mesmo tempo, a energia da vibração mecânica absorvida vai fazer com que a resina seja aquecida localmente quando estiver na interface entre a peça de compósito de fibras e o segundo objeto. Desse modo, nesses locais o processo de cura é substancialmente acelerado, com o que o período de tempo, entre a etapa de colocação e a cura suficiente para que a conexão seja mecanicamente estável, é substancialmente reduzido, por exemplo, de uns poucos minutos (sem vibração) a uns poucos segundos (com vibração). Isso não afeta as partes excedentes potenciais de resina que ficam lateralmente além do local de fixação, de modo que, após o processo, essas partes excedentes possam ser facilmente removidas.
[00129] O sonotrodo 6 compreende uma protuberância de guia opcional 65, que coopera com um entalhe de guia 26 do segundo objeto. Esses itens de guia cooperantes são uma opção para todas as concretizações.
[00130] A Figura 2 ilustra, em um estágio correspondente ao estágio mostrado na Figura 1b, uma peça de compósito de fibras tendo várias camadas distintas 12. O processo, de acordo com a invenção, pode ser conduzido de modo que a profundidade de exposição das fibras 11, no local de fixação, seja menor ou igual à espessura da camada mais próxima, ou pode ser conduzido, como ilustrado, de modo que as fibras de várias camadas 12 sejam expostas.
[00131] A Figura 3 mostra uma configuração similar a uma da Figura 1d. Os seguintes itens adicionais são mostrados, cujos itens são independentes uns dos outros e podem ser imaginados individualmente ou em combinações arbitrárias, que são: - o segundo objeto 2 é heterogêneo e compreende uma peça 25 de um material plástico (por exemplo, um compósito reforçado com fibras) e compreende ainda uma peça 26 de um material diferente, por exemplo, metálico. (como uma outra alternativa, não mostrada na Figura 3, o segundo objeto pode ser homogêneo ou heterogêneo, e, por exemplo, metálico (de alumínio, aço, magnésio fundido em matriz sob pressão), ou termoplástico, por exemplo, moldado por injeção, ou de cerâmica, ou de qualquer outro material adequado, ou de uma combinação desses; - o segundo objeto 2, sendo um conector, compreende uma estrutura de fixação para fixar outro objeto no segundo objeto (e, desse modo, na peça de compósito de fibras 1); para concretizar na concretização ilustrada, a estrutura de fixação é constituída por uma rosca interna de uma parte de porca, cuja parte de porca, na concretização ilustrada, constitui a peça 26 de um material diferente; mais genericamente, uma estrutura de fixação, em um objeto heterogêneo, pode ser formada por qualquer uma das peças, ou por uma combinação delas; uma estrutura de fixação também pode estar presente em um segundo objeto homogêneo; - o segundo objeto 2 tem uma parte (central) de maior espessura e uma parte (periférica na Figura 3) de menor espessura; isso pode ser vantajoso no caso de uma determinada profundidade ser necessária - por exemplo, para a estrutura de fixação - mas a dimensão total deve ser minimizada; devido à parte de menor espessura, a área de atividade do local de fixação pode ser maior para um determinado volume do segundo objeto; - a forma do sonotrodo 6 é adaptada à forma do segundo objeto 2; especialmente, na configuração mostrada, o sonotrodo compreende um entalhe central e uma superfície de desacoplamento periférica, com o que apenas superfície de desacoplamento fica em contato com o segundo objeto durante o processo; e - os canais 21 são canais radiais, de modo que o fluxo de material de resina pode ser controlado mesmo se a quantidade de material dispensado não for selecionada precisamente.
[00132] A Figura 4 mostra um exemplo de um segundo objeto (conector) com um canal se estendendo radialmente 21. Um outro canal proximodistal 28 não é limitado à segunda superfície de fixação, mas vai da superfície de fixação próxima e constitui um furo longitudinal de passagem. Pode ser usado para uniformizar o fluxo de resina ou mesmo para dispensar a resina, após posicionamento do segundo objeto.
[00133] O canal proximodistal 28 e um ou mais canais da superfície distal do segundo objeto (conector) são independentes entre eles, isto é, um canal proximodistal 28 não é necessário para qualquer segundo objeto com os canais na superfície distal e vice-versa.
[00134] Na variante mostrada na Figura 5, os canais 21 não são radiais, mas circunferenciais.
[00135] Na variante da Figura 25, os canais circunferenciais 21 são conectados por conexões radiais 121, com que os fluxos de cisalhamento são possíveis, e a exposição da resina aos efeitos de cavitação é reduzida, em comparação com uma configuração com canais circunferenciais desconectados, como ilustrado na Figura 5.
[00136] Na concretização da Figura 6, os entalhes são formados por furos cegos dispostos em um modelo.
[00137] Como mais outra alternativa, os canais radiais e circunferenciais podem ser combinados, resultando em um modelo de protuberâncias (estruturas na forma de nós e/ou pés). Mais genericamente, uma disposição dessas protuberâncias - agindo como espaçadores, por exemplo, de igual espessura - de qualquer forma podem definir, por suas alturas, uma espessura total mínima da camada de resina, cuja espessura mínima pode ser selecionada para ficar entre 0,05 mm e 1 mm, por exemplo, entre 0,1 mm e 0,5 mm.
[00138] Geralmente, e independentemente das formas do primeiro e do segundo objetos e independentemente se o primeiro objeto compreende ou não um compósito de fibras, adicionalmente ou como uma alternativa à ou às estruturas discutidas, a seguinte abordagem pode ser selecionada: - o segundo objeto e/ou o primeiro objeto compreende ou compreendem um material termoplástico ao longo das respectivas superfícies de fixação; e - a resina é aplicada como um ingrediente de uma preparação que, além da resina, compreende partículas termoplásticas, especialmente um pó termoplástico misturado na resina; desse modo, o tamanho de partícula vai definir inicialmente a espessura do vão de ligação; ainda mais, a vibração mecânica além de acelerar o processo de cura vai fazer com que as partículas termoplásticas fiquem fluidas e sejam soldadas no respectivo material termoplástico ao longo da superfície de fixação; de novo (como na abordagem discutida acima), uma rede de estruturas interpenetrantes é gerada, resultando em uma camada intermediária de forte ligação, resistente a impacto.
[00139] A Figura 7 ilustra o princípio de fixação do segundo objeto em vários locais de fixação, simultânea ou sequencialmente. Por exemplo, o segundo objeto pode ter várias partes de fixação, cuja relação espacial relativamente entre elas é definida precisamente. Nas abordagens da técnica anterior (exceto colagem), esses furos perfurados exigidos na peça de compósito de fibras são feitos muito precisamente nos locais correspondentes aos locais de fixação. Devido à abordagem de acordo com a presente invenção, é suficiente proporcionar peças de superfícies expostas 13 apenas aproximadamente onde vai ocorrer a fixação. Os locais de fixação são então presos simultaneamente (ou um após o outro - ou em subgrupos - do modo discutido acima).
[00140] Na concretização da Figura 7, o segundo objeto 2 compreende várias segundas peças de ancoragem do segundo objeto 2.1, 2.2, 2.3, que são presas em uma parte principal 2.10 relativa à peça de compósito de fibras 1. Na concretização mostrada, as peças de ancoragem são presas reversivelmente na parte principal 2.10, por exemplo, por uma conexão prendedora. Para fixar a parte principal 2.10, em ver de posicionar precisamente as partes de ancoragem (como vai ser o caso para tarugos convencionais), para encaixar o modelo de locais conectantes do corpo principal, o segundo objeto 2 pode ser colocado relativo à peça de compósito 1 com as partes de ancoragem presas. Depois, o processo de fixação pode ser conduzido, e então, se necessário, a parte principal 2.10 pode ser removida reversivelmente, por exemplo, se for desejado que a parte principal não fique exposta às etapas de manufatura subsequentes.
[00141] A Figura 8 ilustra um segundo objeto 2, que é um prendedor tendo uma placa de ancoragem 31 (ou uma "cabeça prendedora") e um elemento de fixação 32 ligado a ele. A Figura 9 mostra uma seção transversal parcial pela placa de ancoragem 31 da Figura 8. O elemento de fixação pode ter qualquer propriedade de um prendedor de última geração, tal como um parafuso rosqueado (como ilustrado), um parafuso desprovido de rosca, um pino, uma porca, um gancho, uma base para um acoplamento do tipo baioneta, etc. O prendedor por ser constituído essencialmente como um prendedor vendido com o nome comercial "bighead
[00142] As concretizações do método, de acordo com a invenção, podem ser especialmente usadas para ligar um prendedor desse tipo a qualquer objeto por uma resina adesiva, incluindo, mas não limitado a, um objeto compreendendo uma estrutura de fibras embutida em uma matriz polimérica.
[00143] Em um primeiro grupo de concretizações, o prendedor é configurado como os prendedores da técnica anterior com uma placa de ancoragem 31, que é essencialmente plana, por exemplo, com várias aberturas de passagem 33.
[00144] Em outro grupo de concretizações, o prendedor tem uma estrutura adaptada ao processo. Especialmente, a placa de ancoragem 31 pode ser equipada com elementos espaçadores distais 35, que se projetam em um lado distal de um plano superficial distal da placa de ancoragem. Esses elementos espaçadores 35 podem definir uma distância mínima entre a superfície do primeiro objeto e a superfície distal da placa de ancoragem, garantindo, desse modo, que uma camada de resina de uma certa espessura mínima se mantenha entre o primeiro e o segundo objetos, após o processo.
[00145] Adicional ou alternativamente aos elementos espaçadores, a superfície voltada para longe da placa de ancoragem 31 pode compreender estruturas, como aquelas descritas com referência às Figuras 3 a 6 ou também 1d.
[00146] Nas concretizações, a estrutura garantindo que uma parte de resina, de uma certa espessura mínima, que se mantém durante a aplicação da vibração mecânica, pode ter uma importância especial em vista da abordagem de acordo com a invenção. Isso é porque a fluidez da resina adesiva pode ser aumentada drasticamente pela vibração mecânica, em comparação com os usos convencionais de uma resina como adesivo.
[00147] Na configuração ilustrada, os elementos espaçadores 35 são protuberâncias em forma de colar circundando as aberturas 33. No entanto, outras disposições de elementos espaçadores 35 podem ser possíveis, incluindo um modelo de espaçadores distintos distribuídos pela superfície distal da placa de ancoragem, ou incluindo um único colar periférico se estendendo ao longo de uma periferia da placa de ancoragem, e se projetando dela para longe, desse modo, também confinando a resina.
[00148] A Figura 26 ilustra a opção de elementos espaçadores distintos 35 circundando as aberturas 33 em vez de um colar contínuo.
[00149] Nas concretizações nas quais o segundo objeto é um prendedor com uma placa de ancoragem e com um elemento de fixação, e em que o elemento de fixação tem uma parte se projetando para perto da placa de ancoragem, a ferramenta usada para o acoplamento da vibração mecânica no segundo objeto pode ser adaptada especificamente.
[00150] A Figura 10 mostra esquematicamente uma primeira possibilidade. O sonotrodo tem um entalhe receptor 61 tendo uma boca na face de desacoplamento distante, no qual o elemento de fixação 32 é recebido quando a face de desacoplamento distal é comprimida contra a placa de ancoragem. Desse modo, a ferramenta (sonotrodo) e o segundo objeto são adaptados entre eles para que a ferramenta seja comprimida diretamente contra uma superfície voltada para perto da placa de ancoragem.
[00151] A ferramenta pode ser equipada com uma estrutura de guia, tais como protuberâncias de guia voltadas para dentro 62, para que o segundo objeto seja orientado relativo à ferramenta. Essa estrutura de guia pode se acoplar especialmente ao elemento de fixação, como no caso para as protuberâncias de guia 62 mostradas esquematicamente da concretização apresentada na Figura 10.
[00152] Nas concretizações, a estrutura de guia pode ser configurada como uma estrutura de fixação cooperando com o elemento de fixação, para prender temporariamente o segundo objeto 2 no sonotrodo. Essa possibilidade é mostrada esquematicamente na Figura 11. No exemplo da Figura 11, o segundo objeto/prendedor tem uma porca 36 presa, por exemplo, soldada, na placa de ancoragem, e essa porca serve como a estrutura de fixação. A ferramenta 6 compreende uma protuberância rosqueada 65, adaptada à rosca interna da porca 36, em que para o processo o prendedor possa ser rosqueado na ferramenta.
[00153] Configurações similares também são possíveis para outros elementos de fixação, por exemplo, um entalhe com uma rosca interna para cooperação com uma barra rosqueada do prendedor.
[00154] A Figura 12 aborda o possível item de confinamento da resina no local (local de fixação) na superfície de fixação, na qual o primeiro objeto é colocado em contato com o segundo objeto.
[00155] Uma primeira possibilidade foi mencionada acima, isto é, para dotar o segundo objeto com um item de confinamento, por exemplo, um colar periférico.
[00156] A Figura 27 ilustra uma variante desse conceito. O primeiro objeto 1 e/ou o segundo objeto 2 tem ou têm um entalhe 131 na direção do lado de resina 3 (nesse caso, sendo uma saliência externa), com o que uma bolsa 132 é formada para a resina. Essa bolsa pode ser fechada na direção lateral, ou, como mostrado na Figura 27, aberta na direção lateral, com o que um certo fluxo lateral da resina 3 se mantém possível.
[00157] Na concretização ilustrada na Figura 27, ambos o primeiro e o segundo objetos são ilustrados como folhas metálicas, em que o respectivo entalhe 131 é formado como uma saliência distante do lado da resina, isto é, na direção para longe do primeiro objeto e na direção para perto do segundo objeto. Naturalmente, dependendo das propriedades do primeiro e do segundo objetos, há outros modos de formar uma bolsa do tipo ilustrado, por exemplo, por fundição sob pressão, moldagem, etc.
[00158] A Figura 28 ilustra muito esquematicamente o princípio que ambos o primeiro e o segundo objetos 1, 2 têm cada um deles um entalhe 131, para formar a bolsa, os entalhes podem ser opcionalmente deslocados/movimentados lateralmente relativamente entre si, com o que os efeitos da cavitação podem ser reduzidos.
[00159] Uma segunda possibilidade é ilustrada na Figura 12. A ferrramenta 6 tem um colar periférico 66, que se projeta para longe e, desse modo, confina a resina 3. A dimensão desse colar é selecionada de modo que, sob as condições aplicáveis, por exemplo, considerando os elementos espaçadores do tipo descrito acima, se presentes, o colar 66 não fica em contato físico direto com a superfície do primeiro objeto durante o processo.
[00160] Uma terceira possibilidade é um elemento de confinamento separado 53, como, por exemplo, o ilustrado na Figura 13. Esse elemento de confinamento separado pode ser, por exemplo, um elemento tubular curto abrangendo a ferramenta 6, mas sendo vibratoriamente desacoplado da ferramenta 6. Esse elemento de confinamento separado pode, antes ou depois da dispensação da resina 3, ser posicionado para circundar o local de fixação e pode, por exemplo, entrar em contato com a superfície voltada para perto do primeiro objeto 1.
[00161] As três possibilidades podem ser aplicadas independentemente entre elas ou podem ser combinadas também em qualquer subcombinação.
[00162] Nas concretizações, o segundo objeto tem um furo de passagem, como, por exemplo, os furos de passagem 33 de uma placa de ancoragem 31. Nessas concretizações, o material de resina pode escoar pelos furos de passagem para perto. Isso pode ter o efeito de contribuir para as propriedades de fixação, ao provocar um efeito de encaixe positivo, o segundo objeto sendo parcialmente embutido no material de resina após endurecimento deste.
[00163] Nas concretizações nas quais o segundo objeto tem um furo de passagem, uma medida é tomada para impedir que o material de resina grude em uma superfície da ferramenta após o processo.
[00164] Uma primeira dessa medida é fazer com que a superfície de desacoplamento voltada para perto da ferramenta tenha propriedades que impeçam essa aderência, por exemplo, por ter um revestimento antiadesivo correspondente.
[00165] Uma segunda medida opcional é ilustrada muito esquematicamente na Figura 13. A ferramenta pode ter um entalhe 67 em uma posição correspondente à posição do furo de passagem. Essa opção é independente dos outros aspectos mostrados na Figura 13; especialmente, é aplicável independentemente do elemento de confinamento 53.
[00166] A Figura 14 mostra um exemplo de uma configuração no qual, diferentemente das concretizações apresentadas acima, a vibração é uma vibração mecânica e não uma vibração longitudinal. O sonotrodo 6 da Figura 14 é equipado para oscilação transversal. Compreende uma abertura receptora 61, que é configurada para receber a estrutura de fixação 32. Especialmente, na Figura 14, a abertura receptora é ilustrada como tendo uma rosca interna, adaptada à rosca da estrutura de fixação, como uma barra rosqueada, com o prendedor sendo como no exemplo mostrado na Figura 8. O sonotrodo 6 tem uma saia de forma anular 68, que, durante o processo, é comprimida contra uma parte periférica da placa de ancoragem 31, e, desse modo, se acopla à força de compressão e, conjuntamente com a abertura receptora, à vibração mecânica na placa de ancoragem 31. Por razões de simetria, o sonotrodo 6, mostrado na Figura 14, além da saia de forma anular distal 68, que é comprimida contra a placa de ancoragem, tem uma saia de forma anular proximal 68. Devido a isso, vai ser possível conduzir o processo para dois conjuntos em paralelo, o sonotrodo sendo apertado entre dois primeiros objetos comprimidos contra os respectivos segundos objetos, que são introduzidos de lados opostos. Dois locais de acoplamento adicionais podem estar presentes nos lados opostos do sonotrodo, que são paralelos ao plano do desenho na Figura 14.
[00167] Outro sonotrodo 6, adequado, por exemplo, para oscilação transversal, por exemplo, em uma configuração de forma de "lingueta em V", é ilustrado na Figura 15. O sonotrodo compreende uma abertura receptora 61, para receber a estrutura de fixação (por exemplo, a barra rosqueada). De modo similar à concretização das Figuras 11 e 14, a abertura receptora pode ser equipada opcionalmente para um acoplamento com a estrutura de fixação. O sonotrodo é equipado e montado para vibração mecânica da parte de extremidade distal, por exemplo, por uma vibração acoplada ao sonotrodo por um acoplador, agindo lateralmente e provocando uma oscilação de encurvamento do sonotrodo, como indicado esquematicamente na Figura 15.
[00168] O sonotrodo na concretização ilustrada compreende, em vez de uma saia de forma anular, várias asas 69 para acoplamento com a vibração nas partes laterais da placa de ancoragem. Uma adaptação a um sonotrodo com uma saia de desacoplamento na Figura 14 ou com outra face de acoplamento vai ser facilmente possível.
[00169] É importante notar que o conceito de vibração transversal, discutido com referência às Figuras 14 e 15, pode, usando meios de acoplamento adequados entre a ferramenta de vibração (sonotrodo) e o segundo objeto correspondente, ser também transferido a outros segundos objetos/conectores e outros conceitos de fixação descritos nesse texto do que apenas o prendedor na Figura 14.
[00170] A Figura 16 ilustra muito esquematicamente uma possível aplicação das concretizações da invenção. Um primeiro objeto 1 e um segundo objeto vão ser ligados entre eles por uma conexão adesiva, em que o primeiro e o segundo objetos são ambos relativamente grandes. Em um processo de manufatura, o endurecimento do adesivo entre os objetos, até que a ligação fique suficientemente forte para outras etapas de manufatura, pode provocar um retardo significativo. A abordagem de acordo com as concretizações da invenção é, portanto, a de usar o método de fixação, descrito no presente relatório descritivo, em vários pontos distintos 81 para ativar a resina nesses pontos. Desse modo, a ligação é forçada a ficar suficientemente estável em um processo rápido. As partes de resina entre os pontos distintos 81 podem endurecer lentamente depois, enquanto que a montagem do primeiro e do segundo objetos é dependente de outras etapas de processamento.
[00171] A Figura 17 representa uma disposição de um primeiro objeto 1, um segundo objeto 2 e uma parte de resina 3 entre eles. O segundo objeto 2, como na Figura 17, como também o primeiro objeto 1, é um objeto em forma de folha relativamente fina, por exemplo, uma folha metálica. Ambos o primeiro e o segundo objetos são considerados com tendo uma extensão grande no plano (x-y), com a parte de resina sendo aplicada extensivamente na superfície de pelo menos um dos objetos ou, por exemplo, por um robô correspondente, um filete adesivo estendido. Como ilustrado com relação à Figura 16, a superfície da resina pode ser muito grande para que a vibração mecânica seja aplicada extensivamente por toda a área coberta pelo adesivo, e o endurecimento pode ocorrer apenas em pontos distintos. As partes remanescentes do adesivo podem endurecer depois a uma velocidade muito mais lenta e/ou induzidos por aquecimento.
[00172] Um possível desafio pode ser que, dependendo da rigidez da membrana (folha metálica), pode ser difícil acoplar seletivamente a vibração pelo segundo objeto no ponto desejado, sem que muita energia de vibração seja dissipada por escoamento lateral.
[00173] Nas concretizações, o segundo objeto é de um material (por exemplo, um material de folha fina na forma de membrana), que é localmente suficientemente flexível, para acoplar a vibração naquela parte da resina que fica imediatamente abaixo do sonotrodo, que acopla a vibração no segundo objeto.
[00174] Em outras concretizações, o segundo objeto compreende uma deformação local, por exemplo, uma saliência que tem propriedades de condução de energia.
[00175] Na Figura 17, a saliência forma um entalhe/filete local 91. Como mostrado na Figura 18, que representa a configuração da Figura 17 em uma seção ao longo de um plano perpendicular ao plano da seção da Figura 17, o entalhe forma uma corrugação no fundo. Desse modo, vários efeitos podem ser obtidos.
[00176] O entalhe como um todo e, especialmente, a corrugação proporcionam estruturas pronunciadas, tais como bordas, que têm propriedades de condução de energia. A absorção de vibração ocorre intensamente nessas estruturas. Consequentemente, o processo de endurecimento ocorre em torno dessas estruturas, como indicado pelas regiões 95 na Figura 18.
[00177] A estrutura influencia o comportamento da vibração e pode, de certa forma, desacoplar as regiões no entalhe 91 das regiões em torno do entalhe 91.
[00178] O entalhe com a estrutura serve como um retentor de distância interna, quando o primeiro e o segundo objetos são comprimidos entre eles, com a resina sendo ainda fluida, desse modo, definindo a espessura da parte adesiva após o processo.
[00179] A Figura 19, ilustrando um segundo objeto 2 em seção transversal (painel superior) e em uma vista pelo topo (painel inferior), mostra uma variante de uma estrutura com um entalhe (que pode ser opcionalmente dotado com uma estrutura adicional, similar à Figura 18), em cuja variante a região entalhada é circundada por uma ranhura embutida 97, que serve como uma estrutura em forma de junta para possibilitar vibrações principalmente da parte abrangida pela ranhura.
[00180] As concretizações das Figuras 27 e 28, discutidas acima, são outros exemplos de concretizações, que compreendem o acoplamento seletivo da vibração pelo segundo objeto no ponto desejado, sem que energia de vibração em demasia seja dissipada pelo escoamento lateral - de modo similar às concretizações das Figuras 17 a 19, mas com a diferença que o adesivo não é deslocado lateralmente, mas mantido no lugar devido às saliências externas do segundo e/ou do primeiro objeto.
[00181] Outra possível solução para o problema de acoplamento seletivo da energia de vibração em um ponto desejado é ilustrada na Figura 20. Entre o primeiro objeto 1 e o segundo objeto 2, um elemento auxiliar 101 é posicionado. O elemento auxiliar serve como um retentor de distância, desse modo, definindo a espessura da parte de resina 3. Compreende um material termoplástico, capaz de ser liquefeito por energia de vibração mecânica. Quando energia de vibração mecânica é aplicada, por exemplo, ao segundo objeto localmente na posição do elemento auxiliar 101, enquanto o segundo objeto 2 e o primeiro objeto 1 são comprimidos entre eles, o material termoplástico do elemento auxiliar absorve a energia de vibração, especialmente, devido ao atrito interno e/ou externo, e, desse modo, é aquecido localmente. Consequentemente, o calor é transportado também para circundar o material de resina 3.
[00182] Nas concretizações, como na Figura 20, o elemento auxiliar 101 tem os condutores de energia 102, 103, por exemplo, sendo cristas, pontas ou outras protuberâncias. A Figura 20 mostra os primeiros condutores de energia 102 na interface com o primeiro objeto 1 como sendo mais pronunciados do que os segundos condutores de energia 103, na interface com o segundo objeto, para compensar o surgimento de uma assimetria do fato que as vibrações na concretização ilustrada vão ser acopladas ao segundo objeto e não diretamente no primeiro objeto.
[00183] A Figura 20 ilustra as regiões em torno dos condutores de energia, em cujas regiões a ativação do material de resina é predominante.
[00184] As Figuras 21 - 23 mostram vistas pelo topo em diferentes elementos auxiliares, desse modo, ilustrando possíveis formas de elementos auxiliares. Geralmente, nas concretizações, pode ser vantajoso se o elemento auxiliar tiver uma forma diferente de um mero disco, de modo que as superfícies laterais sejam maiores e, desse modo, a interface com a resina é maior.
[00185] A Figura 24, mostrando de novo uma seção, representa uma opção de dotar o elemento auxiliar 101 com um niple de guia 112, cooperando com um furo de guia 111 do primeiro objeto 1, para definir a posição exata do elemento auxiliar com relação ao primeiro objeto.
[00186] Adicional ou alternativamente ao material termoplástico, um elemento auxiliar pode também compreender outros materiais. Nas concretizações, por exemplo, o elemento auxiliar pode compreender um material elastomérico. Os materiais elastoméricos não são usualmente termoplásticos, mas, no entanto, absorvem a energia de vibração e são, desse modo, aquecidos pelo atrito interno.
[00187] A Figura 29 ilustra um elemento auxiliar 101 na forma de uma malha, por exemplo, uma malha elastomérica. Essa malha tem a vantagem que pode ser colocada entre o primeiro e o segundo objetos para o processo, sem qualquer precisão na colocação sendo necessária. Por exemplo, o elemento auxiliar 101 pode ser colocado como uma tira ao longo de uma linha de cola, por exemplo, imediatamente antes ou depois da aplicação de um filete de cola de um bocal correspondente, isto é, por um sistema igual.
[00188] A malha pode ser selecionada de modo que o volume livre - isto é, o volume que se mantém entre os filamentos 141 - consultar a Figura 30 - seja substancial, e corresponde a, por exemplo, pelo menos 70% ou pelo menos 80% do volume total.
[00189] A resina 3 pode ser dispensada por uma grande superfície, ou, como ilustrado na Figura 29, seletivamente em locais desejados, por exemplo, adaptados à forma do primeiro e/ou segundo objetos, por exemplo, uma ferramenta de dispensação. Se a resina for colocada seletivamente, pode ser colocada sobre a malha ou também seletivamente apenas nos espaços 142 entre os filamentos 141.
[00190] A concretização da Figura 29 tem ainda entalhes (opcionais) 131 do primeiro e/ou segundo objetos - do segundo objeto na Figura 29, tendo as funções descritas com referência às Figuras 27 e 28 e/ou descritas com referência às Figuras 17 a 19 (espessura de desacoplamento e/ou definida).
[00191] A Figura 31 mostra o princípio do uso na folha de controle 153, 155. Essa folha 153, 155 pode ser colocada entre a ferramenta de vibração (sonotrodo 6) e o segundo objeto 2, ou entre um suporte não vibratório 151, no qual o conjunto é colocado para o processo, e o primeiro objeto 1, ou ambos.
[00192] A Figura 31 ilustra tanto uma primeira folha de controle 153, entre o sonotrodo 6 e o segundo objeto, quanto uma segunda folha de controle 155, entre um suporte não vibratório 151 e o primeiro objeto 1.
[00193] Essa folha de controle pode compreender um plástico, que não fica fluido sob as condições aplicadas durante o processo. Um exemplo desse material em folha é poli (tetrafluoroetileno) (PTFE). Um outro material adequado é papel.
[00194] Uma folha de controle do tipo ilustrado na Figura 31 foi mostrado para aumentar substancialmente a eficiência nos experimentos, especialmente com suportes não vibratórios duros.
[00195] Em vez da primeira folha de controle 153 e/ou da segunda folha de controle 155, um revestimento do sonotrodo 6 e/ou do suporte 151, respectivamente, pode ser usado.
[00196] A Figura 32 mostra uma disposição na qual o primeiro objeto 1 é pelo menos parcialmente termoplástico, e em que o segundo objeto 2 compreende uma parte perfurante distal 161, que é equipada para perfurar o primeiro objeto durante o processo.
[00197] Nas concretizações, como a concretização da Figura 32, a pelo menos uma parte perfurante distal 161 se projeta para longe de uma placa de ancoragem 31 ou de outra superfície de batente voltada para longe.
[00198] A parte perfurante distal pode compreender, por exemplo, uma ponta pontiaguda (a Figura 32 mostra um corte inferior com relação às direções axiais).
[00199] A parte perfurante, durante o processo, age como um condutor de energia de vibração, liquefazendo localmente o material termoplástico penetrado pela parte perfurante. A absorção de energia de vibração acarreta um aquecimento local do conjunto em torno da interface entre a parte perfurante e o primeiro objeto, com o que a resina fica dependente de ativação local adicional, como explicado acima.
[00200] A parte perfurante, pelas razões mencionadas, proporciona uma estabilidade rápida e primária, mesmo se nem toda a resina for endurecida. Isso pode ser importante nos processos de manufatura nos quais o conjunto precisa ter uma estabilidade suficiente para se movimentar em uma etapa de manufatura seguinte.
[00201] Como uma alternativa ao primeiro objeto sendo pelo menos parcialmente termoplástico e o segundo objeto tendo uma parte perfurante em locais nos quais o primeiro objeto é termoplástico, esse conceito pode ser usado na seguinte configuração alternativa: - o segundo objeto (no qual nessas concretizações a vibração é acoplada) é, pelo menos parcialmente, termoplástico, e o primeiro objeto compreende uma parte perfurante em locais nos quais o segundo objeto é termoplástico; e - o primeiro objeto ou o segundo objeto é ou são porosos ou capazes de desenvolver poros sob pressão hidrostática, e o segundo objeto ou o primeiro objeto, respectivamente, compreende uma parte perfurante de um material termoplástico. Devido à energia de vibração mecânica, o material termoplástico se liquefaz e penetra nos poroso do respectivo outro objeto, com o que, após ressolidificação, uma conexão de encaixe positivo é obtida. Também isso vai produzir uma conexão rapidamente estável para estabilidade primária.
[00202] A Figura 33 ilustra o princípio do uso da resina 3 para uma conexão de encaixe positivo além da ligação adesiva. Para esse fim, o segundo e/ou o primeiro objetos é ou são dotados com uma estrutura para que a resina escoe em uma maneira, que, após ressolidificação, um corte inferior seja obtido. Na concretização da Figura 33, essa estrutura é constituída por uma abertura de passagem 33 colocada adequadamente do segundo objeto 2, pela qual a resina é comprimida para escoar de volta para perto, para formar, após solidificação, um item em forma de botão 171.
[00203] Como ilustrado na Figura 34, um modelo dessas aberturas 33 pode estar presente. Adicional ou alternativamente ao segundo objeto 2, pelo menos uma dessas aberturas também pode estar presente no primeiro objeto 1.
[00204] A Figura 35 ilustra um sonotrodo com um reservatório de colar perto do segundo objeto, e com furos de liberação de pressão opcionais 173. Se uma ou mais aberturas estiverem presentes no primeiro objeto, um suporte não vibratório (não mostrado na Figura 35) pode ser dotado com uma estrutura correspondente com um reservatório de cola e furos de liberação de pressão opcionais.
[00205] Em concretizações especiais, o conceito com um fluxo de retorno referente às Figuras 33 - 35 pode ser aplicado às configurações de acordo com os princípios discutidos com referência às Figuras 11 e 12.
[00206] A Figura 36 mostra outras opções de um conjunto no qual o segundo objeto 2 é formado para obter uma rápida estabilidade primária da conexão em pontos de colagem determinados. Em comparação com a concretização da Figura 32, no entanto, o segundo objeto não perfura o primeiro objeto.
[00207] O segundo objeto na Figura 36 é termoplástico com várias protuberâncias 181, que, por exemplo, terminal longe em uma ponta ou borda. Quando a vibração e a força de compressão são acopladas ao segundo objeto 2, na interface dessas protuberâncias com o primeiro objeto - que pode ser de um material duro, tal como metal ou um compósito reforçado com fibras - a energia vai ser absorvida provocando uma função localizada das protuberâncias 181. As protuberâncias vão ser consequentemente deformadas (Figura 37), para produzir estruturas de espaçadores de retenção de distância 182, e a resistência mecânica contra um movimento adicional do segundo objeto 2 na direção do primeiro objeto 1 vai gradualmente aumentar. Também, devido à absorção de energia nas protuberâncias, a resina 3 vai ser submetida a uma ativação localizada adicional em torno das protuberâncias, provocando zonas endurecidas localizadas 183, que garantem pontos de estabilidade primária, ainda que nem toda a resina seja endurecida.
[00208] A Figura 38 ilustram que também nas concretizações executando o princípio descrito com referência às Figuras 36 e 37, as aberturas de passagem 33 são uma opção, opcionalmente com a funcionalidade descrita com referência às Figuras 33 - 35.
[00209] Adicional ou alternativamente, é uma opção adicionar uma parte perfurante 161 ao primeiro objeto 1 e/ou, se, por exemplo, o segundo objeto tiver uma seção de material termoplástico, ao segundo objeto 2.
[00210] A Figura 39 mostra que além do primeiro tipo de protuberâncias 181 com uma ponta ou borda (na Figura 39, as protuberâncias são ilustradas como sendo alongadas com uma borda distal) também plana, as protuberâncias de retenção de distância 185, que se estendem para longe menos do que o primeiro tipo de protuberâncias, podem estar presentes. Na Figura 39, são ilustradas para ter uma forma de estrela e serem distintamente distribuídas pela superfície. Outras disposições, por exemplo, com protuberâncias distintas do primeiro tipo e/ou com protuberâncias de retenção de distância, são possíveis. Em suma, as protuberâncias podem ser distribuídas para otimizar tudo de: - a disposição e a distribuição de locais nos quais ocorre uma ativação imediata da resina, durante o processo (pontos de estabilidade primária); - o controle do fluxo de resina durante o processo; e - um suporte mecânico uniforme e a definição de distância durante o processo.

Claims (13)

1. Método de fixação de um segundo objeto (2) em um primeiro objeto (1), o método compreende as etapas de: - proporcionar o primeiro objeto (1) compreendendo uma primeira superfície de fixação; - proporcionar o segundo objeto (2); - colocar o segundo objeto (2) relativo ao primeiro objeto (1), com uma resina (3) entre a primeira superfície de fixação e uma segunda superfície de fixação do segundo objeto (2); - enquanto a resina (3) fica em contato com a primeira superfície de fixação e a segunda superfície de fixação, provocar ação de vibração mecânica no segundo objeto (2) ou no primeiro objeto (1), ou em ambos, ativando a resina para reticulação; e - com o que, a resina (3), após reticulação, fixa o segundo objeto no primeiro objeto, caracterizado pelo fato de que - o segundo objeto (2) é um prendedor compreendendo uma placa de ancoragem (31) tendo a segunda superfície de fixação, e um elemento de fixação (32, 36) preso à placa de ancoragem (31), em que a placa de ancoragem tem pelo menos uma abertura de passagem (33), e em que porções da resina são levadas a penetrar na pelo menos uma abertura de passagem (33) para contribuir com a fixação.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro objeto (1) compreende uma peça de compósito de fibras compreendendo uma estrutura de fibras embutida em um material matriz, em que a peça de compósito de fibras compreende uma parte da estrutura de fibras sendo exposta na primeira superfície de fixação, e em que a etapa de compressão do segundo objeto (2) e do primeiro objeto (1) entre eles e de provocar ação de vibração mecânica faz com que a resina se infiltre na superfície exposta de fibras.
3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa de remoção de material matriz, para expor a parte da estrutura de fibras, antes da etapa de colocação do segundo objeto (2) relativo à peça de compósito de fibras, com uma resina (3) em um estado fluido, entre a primeira superfície de fixação e o segundo objeto, em que a etapa de remoção do material matriz compreende jateamento com areia.
4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a segunda superfície de fixação, na etapa de colocação do segundo objeto (2) relativo ao primeiro objeto é colocada para entrar em contato com a primeira superfície de fixação, com a resina (3) entre as superfícies de fixação.
5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a segunda superfície de fixação compreende pelo menos um entalhe (21) ou protuberância, em que o entalhe (21) forma um canal radial ou circunferencial, ou em que a segunda superfície de fixação compreende um modelo de protuberâncias.
6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a placa de ancoragem (31) compreende um elemento espaçador (35) se projetando de uma superfície distal da placa de ancoragem, que forma a segunda superfície de fixação.
7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o elemento de fixação (32, 36) compreende pelo menos um de uma barra rosqueada, um pino, uma porca, um gancho, um ilhó ou uma base para um acoplamento de baioneta.
8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a etapa de compressão do segundo objeto (2) e do primeiro objeto (1) entre eles e de provocar ação de vibração mecânica compreende acoplar a vibração mecânica à placa de ancoragem (31), em que o acoplamento da vibração mecânica à placa de ancoragem (31) compreende comprimir uma ferramenta de vibração (6) contra uma face de acoplamento proximal da placa de ancoragem (31), em que a ferramenta de vibração (6) e o segundo objeto (2) são adaptados entre eles para a ferramenta (6) para serem comprimidos diretamente contra uma superfície voltada para perto da placa de ancoragem (31) pela ferramenta de vibração (6), tendo um entalhe receptor (61) para receber o elemento de fixação (32, 36).
9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a ferramenta de vibração (6) compreende uma estrutura de guia (62, 65) em cooperação com o elemento de fixação (32, 36), para orientar o segundo objeto relativo à ferramenta de vibração (6), em que a estrutura de guia (62, 65) é configurada como uma estrutura de fixação em cooperação com o elemento de fixação (32, 36), para fixar o segundo objeto à ferramenta de vibração.
10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a etapa de provocar ação de vibração mecânica compreende o uso de uma ferramenta de vibração (6), para comprimir o segundo objeto contra o primeiro objeto, enquanto o primeiro objeto é comprimido contra um suporte não vibratório, o método compreende ainda posicionar uma folha de controle entre a ferramenta de vibração (6) e o segundo objeto (2), e/ou entre o primeiro objeto (1) e o suporte não vibratório, o método compreendendo a etapa adicional de remover a folha de controle do conjunto do primeiro e do segundo objetos, após a etapa de provocar ação de vibração mecânica.
11. Kit de peças para executar o método como definido em qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende matéria-prima da resina (3), pelo menos um segundo objeto (2), e uma ferramenta de aplicação de vibração (6) capaz de aplicar as vibrações ao segundo objeto (2), em que a ferramenta de aplicação de vibração (6) tem uma face de desacoplamento distal adaptada a uma face de acoplamento voltada para perto do segundo objeto (2), em que o segundo objeto é um prendedor compreendendo uma placa de ancoragem (31) e um elemento de fixação (32, 36) preso à placa de ancoragem (31), em que a placa de ancoragem tem pelo menos uma abertura de passagem (33).
12. Prendedor (2), adaptado para ser utilizado em um método de fixação de um segundo objeto (2) em um primeiro objeto (1) como definido na reivindicação 1, que compreende uma placa de ancoragem (31) e um elemento de fixação (32, 36) ligado a ela, em que o elemento de fixação (32, 36) compreende pelo menos um dentre uma barra roscada, um pino, uma porca, um gancho, um ilhó, uma base para um acoplamento de baioneta, em que a placa de ancoragem (31) tem uma segunda superfície de fixação e uma superfície oposta, caracterizado pelo fato de que a placa de ancoragem tem pelo menos uma abertura de passagem (33), em que a placa de ancoragem (31) compreende ainda um espaçador (35) se projetando para fora do plano de fixação, com o que a placa de ancoragem (31) é capaz de ser fixada em um primeiro objeto (1), que tem uma primeira superfície de fixação, com o espaçador (35) ficando em contato com a primeira superfície de fixação e com uma camada de resina (3) entre a primeira superfície de fixação e a segunda superfície, e em que a superfície oposta é formada como uma superfície de acoplamento para que uma vibração mecânica seja acoplada à placa de ancoragem a partir de uma ferramenta de vibração (6), em contato físico com a superfície de acoplamento.
13. Conjunto, caracterizado pelo fato de que compreende o prendedor (2), como definido na reivindicação 12, e um sonotrodo (6), adaptado ao prendedor para acoplar a vibração mecânica à placa de ancoragem (31), em que o sonotrodo (6) é equipado para ser acoplado mecanicamente ao elemento de fixação (32, 36).
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