CN110194019A - 借助于激光器处理上漆表面 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制造装饰元件(1)的方法，所述装饰元件(1)由机动车辆的外观零件的表面上的多个相同的基础图案(2)形成，其特征在于，实施以下步骤：‑步骤A：在所述外观零件上沉积漆料层(3)，使所述漆料层在预定的干燥时间期间硬化；‑步骤B：借助于脉冲激光器，在所述基础图案(2)之间局部地去除所述漆料层(3)，以使得所述基础图案(2)具有数值小于2mm、优选地介于1mm到0.1mm范围内的特征宽度(l)和/或特征长度(L)，并使得所述基础图案(2)根据给定的布置分布在所述外观零件的表面上，与所述外观零件的表面(4)行成对比。

Description

借助于激光器处理上漆表面

技术领域

本发明涉及机动车辆的外观零件领域，所述外观零件包括由一个或多个漆料层形成的装饰覆层。

背景技术

在此，外观零件指这样的零件：该零件的面从外部可见，并需要特定的表面处理以满足美观要求，例如沉积漆料。在机动车辆中，例如后尾门、前扰流件、侧门、引擎罩等的元件视为外观零件。

本发明更具体地涉及一种装饰性元件的制造方法，该方法能够利用外观零件的确定区域。

这些装饰性元件的形式为肉眼可见的漆料基础图案。优选地，本发明涉及一个和/或另一个特征维度具有非常小的数值的基础图案。

在此，小数值的特征维度指小于1mm、优选地小于0.5mm的宽度和/或长度数值。

由此，相互平行且规则地间隔的漆料线的并列设置获得在给定方向上呈条带状的视觉效果。

同样地，按照特定表面密度分布的具有给定直径的漆料点赋予可与像素化图像比拟的特定渐弱效果。

这些漆料图案可直接实现在待上漆的表面上或包括颜色与漆料图案相同或不同的覆层的表面上。

一种能够实现这些漆料图案的已知方法在于设置包括开口的遮罩，并在于沉积漆料层以使得漆料仅在遮罩具有开口的部分处达到待装饰的表面，其中所述开口具有基础图案的形状和维度，并分布在遮罩的表面上。

然而，该方法具有不可忽略的实施困难。实际上，开口的维度不能小于1或2mm，否则开口可能会堵塞。而且，遮罩必须保持严格干净状态，否则装饰性图案会在实现多个相继装饰元件之后变差。该情况可导致制造在单次使用之后丢弃的遮罩。最后，当遮罩直接与待装饰的表面接触时，图案的尺寸越小，在取走遮罩的操作期间刮伤漆料图案的风险就越高。

发明内容

根据本发明的方法的目的在于提供一种能够实现最小维度不到根据前述方法实现的漆料基础图案的十分之一、并消除上述缺陷的漆料图案的替代解决方案。

根据本发明的方法的目的在于在机动车辆的外观零件的表面上制造由多个相同的基础图案形成的装饰元件。

该方法设置执行这样的步骤，在这些步骤期间：

-步骤A：在外观零件上沉积漆料层，使所述漆料层在预定的干燥时间期间硬化；

-步骤B：借助于脉冲激光器，在基础图案之间局部地去除所述漆料层3，以使得所述基础图案2具有数值小于2mm、优选地介于1mm到0.1mm范围内的特征宽度l和/或特征长度L，并得所述基础图案根据给定的布置分布在外观零件的表面上，与外观零件的表面形成对比。

尽管形成装饰性元件的基础图案可具有大的维度(即其最小特征长度大于2mm)，所述方法对于实施小维度、甚至非常小维度的图案是特别有意义的。实际上，由脉冲激光器产生的光束的撞击点的尺寸决定两个图案之间的最小距离、以及这些基础图案的图形的尺寸和精度。

在此，“小维度的基础图案”是指特征宽度和/或特征长度的数值小于2mm、优选地介于1mm至0.1mm的范围内的基础图案。为了更好地理解上述内容，特征长度大致对应于图案边界上两个点之间的最大的距离，特征宽度大致对应于边界的相对的两侧上的两个点之间的最小距离。

由此，能够生成由小尺寸(维度)的相同基础图案并置而形成的装饰性元件，并如在下文中可见地产生特定效果。

根据本发明的方法可单独或组合地包括以下特征：

-漆料的基础图案为相互平行的条纹形式。

-漆料的基础图案为直径小于2mm、优选地介于1mm至0.1mm的范围内的点的形式。

-漆料的基础图案为对角线小于2mm、优选地介于1mm至0.1mm的范围内的平行多边形的形式，例如方形、矩形、六边形、或八边形。

-在步骤B期间，使用CO2类型的激光器来生成投向外观零件的表面的光束，该激光器的可变峰值功率小于500W，优选地小于200W。

-光束在外观零件的表面上的撞击处的聚焦直径在0.1mm至1.5mm之间变化。

-借助于检流头，以小于5m/s、优选地小于1m/s的可变扫描速度在外观零件的表面上移动光束。

-沿着相互平行且间隔给定步长、具有给定长度的直线路径移动光束。

-实施多道相继的扫描，这些扫描按照相互成给定角度的直线路径扫描所述表面。

-在步骤A之前，在外观零件上沉积底漆层。

-在步骤B期间，仅去除漆料层，而不改变底漆层。

-底漆层是半透明的。

-在步骤B期间，同时去除漆料层和底漆层。

-底漆层不让光通过。

-在步骤B之后，在外观零件上沉积半透明的清漆层。

附图说明

阅读作为例子提供的绝无任何限制性的附图，将更好地理解本发明，在附图中：

-图1是一个随机形状的基础图案的示意图；

-图2是一个直的基础图案的示意图；

-图3示出基于平行多边形的基础图案的示意图；

-图4是由条带形成的装饰元件的一个实施方式的示意图；

-图5是一个包括条带的装饰元件的示意图；

-图6是由点形成的装饰元件的一个实施方式的示意图；

-图7是一个包括点的装饰元件的示意图。

具体实施方式

使用脉冲激光器能够以非常精确的方式去除例如漆料的装饰覆层而不改变其上沉积有该漆料层的表面。该操作在漆料完全聚合之后、因此在预定干燥时间之后执行。

该技术基于使用光束来产生与漆料层的热学和机械的相互作用。脉冲对应于这样的激光发射：在该激光发射期间，在非常短的大约数纳秒的时间段内产生非常集中的能量。

该激光发射的效果在于使得漆料层升高到导致其熔融然后蒸发的高温，以最终实现产生等离子体。等离子体的形成和之后的驰豫(détente)产生在材料中传播的机械冲击波和声波，使材料碎裂，并引起各种尺寸的颗粒的喷出。形成外观零件的下层材料不受该处理的影响。

通过使用具有合适的聚集直径的光束，则能够以非常精确的方式去除漆料层，并获得边缘干净、无不规则的图案。

对于该类型应用使用的脉冲激光器优选地是发出波长介于9000nm至120000nm范围内的光的CO2激光器。

其它类型的激光器、例如NdYAG类型的脉冲激光器或光纤脉冲激光器也可以是合适的，并对这些类型的激光器进行必要的调整。

可容易理解，光束的去除能力直接源自脉冲期间提供的能量密度。该能量的量所取决的参数包括：

-光束在与外观零件表面碰撞处的尺寸，该尺寸对应于输出镜头的聚焦直径的尺寸；

-由激光器输出的功率；以及

-在更小的程度上，光束在外观零件的表面上的位移速度。

根据本发明的方法能够使得这些参数变化。

使用检流头获得光束的位移，其镜面运动由可编程装置控制，用于根据预定顺序执行移除处理。

如上所述，撞击点的聚焦直径越小，对漆料层的去除就会越精确。0.1mm的聚焦直径对于实现相互间隔小或具有由曲线形成的轮廓的图案会是有用的。然而，每次通过时被去除的漆料面积很小。由此，作为例子，当希望以1m/s的扫描速度去除单层漆料时，激光器的输出功率大约为60W。

相反地，大约为1mm甚至1.5mm的更大的聚焦直径会更不精确，但能够在每次光线冲击时去除更大面积的漆料。该调整能够更快速地处理没有基础图案的表面。为了产生类似的去除效果，激光器的功率则必须增大。作为例子，对于1mm的聚焦直径，当希望以1m/s的扫描速度去除单层漆料时，激光器的输出功率大约为110W。

在实践中，调节光学设备的镜头和镜子以使得光束在所述光束与外观零件的表面的碰撞处的聚焦直径包括在0.1mm到1.5mm的范围内。

图1示出随机基础图案2的一个形式，其中，特征长度记为L，特征宽度记为l。

图2示出宽度为l、长度为L的直的基础图案2。

图3示出具有平行多边形形状的基础图案2，其中，特征维度对应于对角线的长度l。这些基础图案2具有能够通过遵循直线路径的光束扫描表面来实现的特点。四道相互之间轨迹形成0°、45°、90°和135°角度交叉的光束能够限定具有八边形形状的基础图案的轮廓。三道相互之间轨迹形成0°、60°和120°角度交叉的光束能够限定具有六边形形状的基础图案的轮廓。两道相互之间轨迹形成90°角度交叉的光束能够限定具有方形或矩形形状的基础图案的轮廓。

在此要指出的是，当实施沿着给定方向的来回移动时，在目前市场上现有技术状态下，扫描速度受到电子开关的操作速度的限制，当光束在所考虑的方向上达到基础图案的几何形状极限时，所述电子开关用于在方向改变期间中断光通量。该扫描速度的限制大约为5m/s。

图4至7通过例子示出能够通过实施根据本发明的方法获得的装饰元件的多样性。

图4示出由图2所示的类型的基础图案形成的包括条带的装饰元件的一个例子。这些基础图案与形成外观零件的表面4在漆料层3沉积之前的颜色形成对比。光束以线性的方式在恒定方向上交替地朝着一个方向然后朝着另一方向移动，所述恒定方向在此大致形成45°的角度。基础图案形成具有相同长度和宽度、具有相同倾斜度与间隔步长p的规则条带，所述步长可如图4所示是恒定的，或可根据所追求的效果是可变的。同样地，条带的宽度也根据意愿调整。

图5示出呈条纹圆形状的装饰元件，其中，基础图案2具有与漆料3相同的颜色，并具有可变长度。

图6示出呈八边形形状的具有小维度的基础图案的例子，并给出以可与像素比拟的、规则地分布在外观零件的表面上的圆圈或小点的形状显现的视觉效果。用箭头示出光束沿着两两垂直的四条轴线的扫描运动。

对像素的使用能够通过使得像素恰当地分布在外观零件的表面上来形成正或负的表征图像，以显现如图7所示的圆圈。

本发明的上述实施例对于去除沉积在外观零件上的漆料层3的情况特别地有意义，在这些情况中，基础图案与外观零件的未沉积漆料层表面的颜色形成对比。

本发明的一个特别有意义的实施变型在于在步骤A之前在外观零件的表面上沉积底漆层，该底漆层用作具有色彩的漆料层3本身在该外观零件的表面上的基底。

根据本发明的方法则能够实现具有原创性特点的装饰元件。

第一实施方式在于通过调节光束的功率以仅去除漆料层而不改变底漆层来实现如上所述的方法。基础图案则与底漆层形成对比。

在熟知的使用底漆层来改善漆料耐久性的意义之外，该第一实施方式则还能够利用颜色变化以利于突显装饰元件。当底漆层是半透明时，该布置能够获得特别有意义的深度效果。

第二实施方式在于通过增大由激光器提供的光功率来实施所述方法，并在于在光束的同一道通过时，同时去除漆料层和底漆层。基础图案因此与装饰元件的未处理表面形成对比。当形成外观零件的材料是透明或半透明的时，并且当底漆层选择为不让光通过的色彩时，则能够将光源布置在外观零件下方以使得装饰元件与布置在后方的光源对比地显现。不透明的底漆层还能够阻挡可能从位于装饰元件周边的漆料层下方渗出的光，并且提高光效果的清晰度和精确度。而且，由基础图案形成的装饰元件能够掩盖由布置在零件后方的光源的光的漫射不规则性产生的光热点。

如上多次所述，根据本发明的方法能够根据用途类型调节激光器的功率。在实践中，对于所有上述实施方式，调节CO2类型的激光器(其最大峰值功率大约为500W)的功率在200W到50W之间变化。

如上所述，对合适功率的选择取决于光线的聚焦直径的尺寸和想要去除的漆料层和/或底漆层的厚度。

最后，要指出的是，在本发明的所有上述实施设置中，可在执行步骤B之后沉积透明清漆层以机械地保护基础图案免受刮坏和改善装饰元件的最终效果。

术语列表

1 装饰元件

2 基础图案

3 外观零件的漆料

4 外观零件在去除漆料之后的表面

l 特征宽度

L 特征长度

Claims (16)

1.一种制造装饰元件(1)的方法，所述装饰元件(1)由机动车辆的外观零件的表面上的多个相同的基础图案(2)形成，其特征在于，实施以下步骤：

-步骤A：在所述外观零件上沉积漆料层(3)，使所述漆料层在预定的干燥时间期间硬化；

-步骤B：借助于脉冲激光器，在所述基础图案(2)之间局部地去除所述漆料层(3)，以使得所述基础图案(2)具有数值小于2mm、优选地介于1mm到0.1mm范围内的特征宽度(l)和/或特征长度(L)，并使得所述基础图案(2)根据给定的布置分布在所述外观零件的表面上，与所述外观零件的表面(4)形成对比。

2.如权利要求1所述的方法，其中，漆料的所述基础图案(2)为彼此平行的条纹形式。

3.如权利要求1所述的方法，其中，漆料的所述基础图案(2)为直径小于2mm、优选地介于1mm至0.1mm的范围内的点的形式。

4.如权利要求3所述的方法，其中，漆料的所述基础图案(2)为对角线(l)小于2mm、优选地介于1mm至0.1mm的范围内的平行多边形的形式，例如方形、矩形、六边形、或八边形。

5.如上述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述步骤B期间，使用CO2类型的激光器来生成投向所述外观零件的表面的光束，该激光器的可变峰值功率小于500W，优选地小于200W。

6.如权利要求5所述的方法，其中，所述光束在所述外观零件的表面上撞击处的聚焦直径在0.1mm至1.5mm之间变化。

7.如权利要求5或6所述的方法，其中，借助于检流头，以小于5m/s、优选地小于1m/s的可变扫描速度在所述外观零件的表面上移动所述光束。

8.如权利要求7所述的方法，其中，沿着相互平行且间隔给定步长、具有给定长度的的直线路径移动所述光束。

9.如权利要求8所述的方法，其中，实施多道相继的扫描，这些扫描按照相互成给定角度的直线路径扫描所述表面。

10.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，在所述步骤A之前，在所述外观零件上沉积底漆层。

11.如权利要求10所述的方法，其中，在所述步骤B期间，仅去除所述漆料层，而不改变所述底漆层。

12.如权利要求11所述的方法，其中，所述底漆层是半透明的。

13.如权利要求10所述的方法，其中，在所述步骤B期间，同时去除所述漆料层和所述底漆层。

14.如权利要求13所述的方法，其中，所述底漆层不让光通过。

15.如权利要求13或14所述的方法，其中，形成所述外观零件的材料是透明或半透明的。

16.如上述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述步骤B之后，在所述外观零件上沉积半透明的清漆层。