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GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft das Lackieren von Fahrzeugen und insbesondere Verfahren und Anlagen, die in der Großserienproduktion zum Lackieren der Fahrzeuge und Komponenten davon verwendet werden.
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STAND DER TECHNIK
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Die Aussagen in diesem Abschnitt stellen lediglich Hintergrundinformationen in Bezug auf die vorliegende Offenbarung bereit und stellen unter Umständen nicht den Stand der Technik dar.
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Das Lackieren von Kraftfahrzeugen in einer Großserienproduktionsumgebung ist mit wesentlichen Kapitalkosten verbunden, nicht nur für die Auftragung und Steuerung des Lacks, sondern auch für Anlagen zum Auffangen von Lacknebel. Der Lacknebel kann bis zu 40 % des Lacks ausmachen, der aus einem Applikator austritt, oder mit anderen Worten werden bis zu 40 % des Lacks, der gekauft und aufgetragen wird, verschwendet (d. h. der Auftragswirkungsgrad beträgt ~60 %). Anlagen, die Lacknebel auffangen, sind mit erheblichen Kapitalaufwendungen verbunden, wenn eine Lackierwerkstatt errichtet wird, wozu unter anderem große Lüftungssysteme zum Transportieren von Lacknebel nach unten durch eine Lackierkabine, Errichtung eines kontinuierlichen Wasserstroms, der unter einem Boden der Lackierkabine fließt, um den Lacknebel aufzufangen, Filtrationssysteme und Beseitigung gehören. Zusätzlich sind die Kosten zum Betreiben der Anlagen hoch, da Luft (die mit mehr als 200 K CFM strömt), die durch die Lackierkabinen strömt, klimatisiert werden muss, der Wasserfluss aufrechterhalten muss, Druckluft zugeführt werden muss und aufwendige Elektrostatik eingesetzt werden muss, um den Auftragswirkungsgrad zu verbessern.
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Darüber hinaus werden Ultraviolett-(UV-)härtbare Beschichtungen allgegenwärtig in verschiedenen Branchen verwenden. Die Anwendungen von UV-härtbaren Beschichtungen reichen von Bodenbelägen bis hin zu Glasfaserkabeln und darüber hinaus. UV-härtbare Beschichtungen werden derzeit in der Fahrzeugbranche an Polycarbonatscheinwerfern verwenden. UV-härtbare Beschichtung verfügen jedoch über das Potential, an der Fahrzeugaußenseite verwendet zu werden, falls ein haltbares und robustes Materialsystem formuliert werden kann. Eine zusätzliche Herausforderung für die Verwendung von UV-härtbaren Beschichtungen an der Außenseite von Fahrzeugen besteht in der Schwierigkeit, allen Bereichen ausreichend UV-Licht zum Härten der Beschichtung zuzuführen, insbesondere Bereichen, die „im Schatten“ dieses Lichts liegen.
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Dieses Problem von UV-härtbaren Beschichtungen wird neben anderen Problemen in Zusammenhang mit dem Lackieren von Kraftfahrzeugen oder anderen Objekten in einer Großserienproduktionsumgebung durch die vorliegende Offenbarung behoben.
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KURZDARSTELLUNG
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In einer Form der vorliegenden Offenbarung beinhaltet ein Verfahren zum Steuern der Auftragung von Material auf ein Substrat Auswerfen mindestens eines Materials (hier auch als „Material(ien)“ bezeichnet) durch mindestens eine Anordnung, die eine Vielzahl von Mikroapplikatoren umfasst. Mindestens eine Ultraviolett-(UV-)Lichtquelle ist benachbart zu der mindestens einen Anordnung positioniert, sodass sich das Material(ien) daran vorbeibewegt und durch die mindestens eine UV-Lichtquelle bestrahlt wird. In einigen Aspekten der vorliegenden Offenbarung wird das Material(ien) aus jedem der Vielzahl von Mikroapplikatoren ausgeworfen und durch die mindestens eine UV-Lichtquelle bestrahlt. Die mindestens eine UV-Lichtquelle beinhaltet einen UV-Lichtring. Alternativ oder zusätzlich beinhaltet die mindestens eine UV-Lichtquelle eine UV-Leuchtdiode (LED). Zudem kann die mindestens eine UV-Lichtquelle eine Vielzahl von UV-Lichtringen umfassen, die benachbart zu der Vielzahl von Mikroapplikatoren positioniert ist, sodass jeder UV-Lichtring benachbart zu einem Mikroapplikator positioniert ist und das aus einem gegebenen Mikroapplikator ausgeworfene Material(ien) durch den benachbart zu dem gegebenen Mikroapplikator positionierten UV-Lichtring bestrahlt wird. Alternativ oder zusätzlich kann die mindestens eine UV-Lichtquelle eine Vielzahl von UV-LEDs umfassen, die benachbart zu der Vielzahl von Mikroapplikatoren positioniert ist, sodass jede UV-LED benachbart zu einem Mikroapplikator positioniert ist und das aus einem gegebenen Mikroapplikator ausgeworfene Material(ien) durch die benachbart zu dem gegebenen Mikroapplikator positionierte UV-LED bestrahlt wird.
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Das mindestens eine Material(ien) ist ein UV-härtbares Beschichtungsmaterial. In einigen Aspekten der vorliegenden Offenbarung beinhaltet das UV-härtbare Beschichtungsmaterial einen Härtungskatalysator, der mit UV-Licht aktiviert wird. Zum Beispiel kann der Härtungskatalysator ein fotolatenter Basenkatalysator sein.
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In einigen Aspekten der vorliegenden Offenbarung ist ein Ultraschallwandler mechanisch an die mindestens eine Anordnung gekoppelt und das Material(ien) wird als zerstäubte Tröpfchen ausgeworfen. In derartigen Aspekten werden das Material(ien), das durch die mindestens eine Anordnung mit der Vielzahl von Mikroapplikatoren ausgeworfen wird, und die mindestens eine UV-Lichtquelle dazu verwendet, ein Fahrzeug mit einem UV-härtbaren Klarlackmaterial zu lackieren.
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In einer anderen Form der vorliegenden Offenbarung beinhaltet ein Verfahren zum Steuern der Auftragung von Beschichtungsmaterial auf ein Fahrzeug Strömen von Material(ien) durch einen Ultraschallzerstäubungsmaterialapplikator mit mindestens einer Anordnung, die eine Vielzahl von Mikroapplikatoren umfasst, und einer Vielzahl von UV-Lichtquellen, die benachbart zu der Vielzahl von Mikroapplikatoren positioniert ist. Das Material(ien) wird aus der Vielzahl von Mikroapplikatoren ausgeworfen, wodurch zerstäubte Tröpfchen gebildet werden, und die zerstäubten Tröpfchen werden mit UV-Licht aus der Vielzahl von UV-Lichtquellen bestrahlt. In einigen Aspekten der vorliegenden Offenbarung umfasst die Vielzahl von UV-Lichtquellen eine Vielzahl von UV-Lichtringen, eine Vielzahl von UV-Leuchtdioden oder eine Kombination daraus.
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In noch einer anderen Form der vorliegenden Offenbarung wird ein Ultraschallzerstäubungsmaterialapplikator bereitgestellt. Der Ultraschallzerstäubungsmaterialapplikator beinhaltet eine Düse, die eine Anordnungsplatte umfasst, und einen Ultraschallwandler, der mechanisch an die Anordnungsplatte gekoppelt ist. Die Anordnungsplatte weist eine Vielzahl von Mikroapplikatoren auf und die Düse ist dazu konfiguriert, Material(ien) aus der Vielzahl von Mikroapplikatoren in der Form von zerstäubten Tröpfchen auszuwerfen. Eine Vielzahl von UV-Lichtquellen ist benachbart zu der Vielzahl von Mikroapplikatoren positioniert und die Vielzahl von UV-Lichtquellen ist dazu konfiguriert, aus der Vielzahl von Mikroapplikatoren ausgeworfene zerstäubte Tröpfchen zu bestrahlen.
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In einigen Aspekten der vorliegenden Offenbarung umfasst die Vielzahl von UV-Lichtquellen eine Vielzahl von UV-Lichtringen, die benachbart zu der Vielzahl von Mikroapplikatoren positioniert ist, sodass jeder UV-Lichtring benachbart zu einem Mikroapplikator positioniert ist und das aus einem gegebenen Mikroapplikator ausgeworfene Material(ien) durch den benachbart zu dem gegebenen Mikroapplikator positionierten UV-Lichtring bestrahlt wird. Alternativ oder zusätzlich umfasst die Vielzahl von UV-Lichtquellen eine Vielzahl von UV-LEDs, die benachbart zu der Vielzahl von Mikroapplikatoren positioniert ist, sodass jede UV-LED benachbart zu einem Mikroapplikator positioniert ist und das aus einem gegebenen Mikroapplikator ausgeworfene Material(ien) durch eine benachbart zu dem gegebenen Mikroapplikator positionierte UV-LED bestrahlt wird.
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Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hier bereitgestellten Beschreibung ersichtlich. Es versteht sich, dass die Beschreibung und konkrete Beispiele lediglich der Veranschaulichung dienen und den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken sollen.
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Figurenliste
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Damit die Offenbarung richtig verstanden werden kann, werden nun beispielhaft verschiedene Formen davon beschrieben, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen Folgendes gilt:
- 1 ist eine Draufsicht auf ein beispielhaftes Lacksprühsystem gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung;
- 2A stellt schematisch eine Draufsicht auf eine beispielhafte Anordnung von Mikroapplikatoren gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung dar;
- 2B stellt schematisch eine seitliche Querschnittsansicht des Abschnitts 2B-2B in 2A dar;
- 2C ist eine vergrößerte Ansicht des Abschnitts 2C in 2B;
- 3 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Steuern der Auftragung von Material auf ein Substrat gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht; und
- 4 ist ein anderes Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Steuern der Auftragung von Material auf ein Substrat gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
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Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich der Veranschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und soll die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Verwendungen nicht einschränken. Es versteht sich, dass in allen Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale angeben. Es werden Beispiele bereitgestellt, um den Umfang der Offenbarung dem Fachmann vollständig zu vermitteln. Zahlreiche konkrete Einzelheiten werden dargelegt, wie etwa Arten von konkreten Komponenten, Vorrichtungen und Verfahren, um ein umfassendes Verständnis von Variationen der vorliegenden Offenbarung bereitzustellen. Dem Fachmann wird ersichtlich sein, dass konkrete Einzelheiten nicht eingesetzt werden müssen und dass die hier bereitgestellten Beispiele alternative Ausführungsformen beinhalten können und den Umfang der Offenbarung nicht einschränken sollen. In einigen Beispielen werden hinlänglich bekannte Prozesse, hinlänglich bekannte Vorrichtungsstrukturen und hinlänglich bekannte Techniken nicht ausführlich beschrieben.
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Die vorliegende Offenbarung stellt vielfältige Vorrichtungen, Verfahren und Systeme zum Steuern der Auftragung von Lack auf Kraftfahrzeuge in einer Großserienproduktionsumgebung bereit, die Lacknebel reduzieren und den Auftragswirkungsgrad des Lacks erhöhen. Es versteht sich, dass die Bezugnahme auf Kraftfahrzeuge lediglich beispielhaft ist und dass andere Objekte, die lackiert werden, wie etwa unter anderem Industrieanlagen und -geräte, ebenfalls gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung lackiert werden können. Ferner sollte die Verwendung von „Lack“ oder „Lackieren“ nicht dahingehend ausgelegt werden, dass sie die vorliegende Offenbarung begrenzt, und somit versteht es sich, dass andere Materialien wie etwa unter anderem Beschichtungen, Basislacke, Dichtungsmittel, Reinigungslösungen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Offenbarung fallen.
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Im Allgemeinen beruhen die Lehren der vorliegenden Offenbarung auf einer Tröpfchensprayerzeugungsvorrichtung, bei der eine perforierte Membran durch einen piezoelektrischen Wandler angetrieben wird. Diese Vorrichtung und Variationen davon werden in den
US-Patenten Nr. 6,394,363, 7,550,897, 7,977,849, 8,317,299, 8,191,982, 9,156,049, 7,976,135, 9,452,442 und veröffentlichten
US-Anmeldungen Nr. 2014/0110500, 2016/0228902 und 2016/0158789 beschrieben, die hier durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit einbezogen werden.
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Es wird nun auf 1 Bezug genommen, in der ein Lacksprühsystem 2 zum Lackieren eines Teils P unter Verwendung eines Roboterarms 4 schematisch dargestellt ist. Der Roboterarm 4 ist an mindestens einen Materialapplikator 10 und ein Gestell 5 gekoppelt. Eine Materialquelle 8 (z. B. eine Lackquelle) ist enthalten und beinhaltet mindestens ein Material M (Materialien M1 , M2 , M3 , ... Mn , die in 1 gezeigt sind; hier einfach als „Material M“ und „Material(ien)“ bezeichnet). In einigen Aspekten der vorliegenden Offenbarung beinhaltet das Material M Lackmaterialien, Klebematerialien, Dichtungsmaterialien und dergleichen. Der Arm 4 bewegt sich gemäß xyz-Koordinaten in Bezug auf das Gestell 5, sodass sich der Materialapplikator 10 über eine Fläche (nicht beschriftet) des Teils P bewegt. Zudem ist eine Leistungsquelle 6 dazu konfiguriert, dem Arm 4 und dem Gestell 5 Leistung zuzuführen. Der Arm 4, das Gestell 5 und die Leistungsquelle 6 sind dazu konfiguriert, dem Materialapplikator 10 Material M aus der Materialquelle 8 zuzuführen, sodass eine Beschichtung an der Oberfläche des Teils P erzeugt wird. Wenngleich 1 schematisch ein Lackiersystem 2 mit einem Roboterarm 4 darstellt, versteht es sich, dass Lacksprühsysteme 2 mit mehr als einem Roboterarm 2 in den Lehren der vorliegenden Offenbarung enthalten sind.
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Es wird nun auf 2A bis 2C Bezug genommen, in denen der Materialapplikator 10 gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung schematisch gezeigt ist. In einer Form der vorliegenden Offenbarung beinhaltet der Materialapplikator 10 eine Anordnungsplatte 100 mit einer Applikatoranordnung 102, die eine Vielzahl von Mikroapplikatoren 110 umfasst. In einigen Aspekten der vorliegenden Offenbarung ist die Anordnungsplatte 100 mit der Applikatoranordnung 102 innerhalb eines Gehäuses 140 positioniert. Jeder der Mikroapplikatoren 110 umfasst eine Vielzahl von Öffnungen 112, durch die ein Material M ausgeworfen wird, sodass zerstäubte Tröpfchen 3 gebildet werden und sich im Allgemeinen normal zu der Anordnungsplatte 100 ausbreiten, wie schematisch in 2B dargestellt. Insbesondere weist jeder der Mikroapplikatoren 110 eine Mikroapplikatorplatte 114 auf und die Vielzahl von Öffnungen 112 erstreckt sich durch die Mikroapplikatorplatte 114. Zudem kann jeder der Mikroapplikatoren 110 einen Wandler 120, einen Rahmen 130 und einen Materialeinlass 138 beinhalten. Der Wandler 120 steht in mechanischer Kommunikation mit der Mikroapplikatorplatte 114, sodass eine Aktivierung des Wandlers 120 die Mikroapplikatorplatte 114 durch Ultraschall zum Schwingen bringt, wie schematisch durch die horizontalen (z-Richtung) Doppelpfeile in 2B dargestellt. Der Rahmen 130 beinhaltet eine Rückwand 134 und mindestens eine Seitenwand 132 und ein Behälter 136 ist zwischen der Rückwand 134 und der Mikroapplikatorplatte 114 bereitgestellt, um das Material M zu enthalten. Der Einlass 138 steht in Fluidkommunikation mit dem Behälter 136 und der Materialquelle 8 (1), sodass das Material M aus der Materialquelle 8 durch den Einlass 138 und in den Behälter 136 fließt. Der Materialapplikator 10 beinhaltet zudem eine UV-Lichtquelle 142, die benachbart zu der Vielzahl von Mikroapplikatoren 110 positioniert ist.
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In einigen Aspekten der vorliegenden Offenbarung ist die UV-Lichtquelle 142 ein UV-Lichtring, wie schematisch in 2A und 2B dargestellt. In anderen Aspekten der vorliegenden Offenbarung ist die UV-Lichtquelle 142 kein UV-Lichtring. Zum Beispiel kann es sich bei der Vielzahl von UV-Lichtquellen 142 in 2A um eine Vielzahl von LED-UV-Lichtquellen handeln, die auf der Anordnungsplatte 100 zwischen der Vielzahl von Mikroapplikatoren 110 positioniert ist, eine Vielzahl von LED-UV-Lichtquellen, die auf den Mikroapplikatorplatten 114 zwischen der Vielzahl von Öffnungen 112 positioniert ist, einen UV-Lichtring, der an dem Gehäuse 140 oder an einem Umfang der Anordnungsplatte 100 positioniert ist, und dergleichen handeln.
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In Betrieb fließt das Material M durch den Einlass 138 in den Behälter 136. Die Oberflächenspannung des Materials M führt dazu, dass das Material M nicht durch die Öffnungen 112 der Mikroapplikatorplatte 114 fließt, sofern der Wandler 120 nicht aktiviert ist und schwingt, wie schematisch in 2B dargestellt. Das bedeutet, wenn der Wandler 120 aktiviert ist und schwingt, wird das Material M durch und/oder aus der Vielzahl von Öffnungen 112 als zerstäubte Tröpfchen 3 ausgeworfen. Zudem werden UV-bestrahlte zerstäubte Tröpfchen 3' gebildet, wenn sich die zerstäubten Tröpfchen 3 im Allgemeinen normal zu der Mikroapplikatorplatte 114 ausbreiten und mit UV-Licht aus der UV-Lichtquelle 142 bestrahlt werden. In einigen Aspekten der vorliegenden Offenbarung weisen die zerstäubten Tröpfchen 3 und UV-bestrahlten Tröpfchen 3' einen durchschnittlichen Tröpfchendurchmesser zwischen 5 Mikrometern (µm) und 100 µm auf, zum Beispiel zwischen 10 µm und 75 µm, zwischen 10 µm und 50 µm oder zwischen 20 µm und 40 µm.
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Das Material M ist ein UV-härtbares Material und Bestrahlung der zerstäubten Tröpfchen 3 mit UV-Licht initiiert das Härten des Materials M. Zum Beispiel kann das Material M einen UV-aktivierten Katalysator (z. B. einen fotolatenten Basenkatalysator) beinhalten, sodass die UV-bestrahlten zerstäubten Tröpfchen 3', die auf einer Fläche s' eines Substrats S abgelagert werden, eine UV-gehärtete Beschichtung bilden. Zu nicht einschränkenden Beispielen von UV-härtbaren Materialien und UV-aktivierten Katalysatoren gehören Acrylate und Epoxidharze, die durch anionische, kationische, fotolatente basische und oftmals radikalische Fotoinitiatoren initiiert werden. Urethane können ebenfalls dazu verwendet werden, Formulierungen zum „Doppelhärten“ zu erzeugen, die sowohl einen UV- als auch einen Wärmehärtungsschritt verwenden.
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In einigen Aspekten der vorliegenden Offenbarung ist eine Steuerung 122 enthalten (2A) und dazu konfiguriert, die UV-Lichtquelle 142 zu gewünschten Zeitpunkten an- und auszuschalten. Die Steuerung 122 kann zudem mit der Materialquelle 8 in Kommunikation stehen, sodass ein oder mehrere Materialien Mn durch die Vielzahl von Mikroapplikatoren 110 ausgeworfen werden. In einigen Aspekten der vorliegenden Offenbarung wird ein Reinigungsmaterial M durch die Vielzahl von Mikroapplikatoren 110 ausgeworfen, sodass das Material M (z. B. Lackmaterial, Dichtungsmaterial, Klebematerial usw.), das auf der UV-Lichtquelle 142 angebracht oder abgelagert ist, entfernt wird.
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Wie schematisch in 2B dargestellt, bewegen sich die zerstäubten Tröpfchen 3 und UV-bestrahlten zerstäubten Tröpfchen 3' in einer Richtung, die im Allgemeinen normal zu der Mikroapplikatorplatte 114 und im Allgemeinen parallel zu einer Achse 1 des Mikroapplikators 110 ist. Es versteht sich jedoch, dass die zerstäubten Tröpfchen 3 von der Vielzahl von Öffnungen 112 abgelenkt sein können und der Strom 5 in Bezug auf die Achse 1 abgewinkelt sein kann. Es versteht sich, dass 2B zwar darstellt, dass das Material M durch den Einlass 138 in den Behälter 136 eintritt und durch die Öffnungen 112 aus dem Behälter 136 austritt, jedoch andere Flusskonfigurationen des Materials M in den und aus dem Behälter 136 in den Lehren der vorliegenden Offenbarung enthalten sind.
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Es wird nun auf 3 Bezug genommen, in der ein Verfahren 200 zum Steuern der Auftragung von Material auf ein Substrat veranschaulicht ist. Das Verfahren 200 beinhaltet Strömen eines Materials in eine Ultraschallsprühdüse, die eine Vielzahl von Mikroapplikatoren umfasst, bei Schritt 202 und Auswerfen des Materials aus der Vielzahl von Mikroapplikatoren bei Schritt 204. Das ausgeworfene Material wird bei Schritt 206 mit einer UV-Lichtquelle bestrahlt, die benachbart zu der Vielzahl von Mikroapplikatoren positioniert ist, sodass eine Vielzahl von UV-bestrahlten zerstäubten Tröpfchen bereitgestellt wird. Es versteht sich, dass die Vielzahl von UV-bestrahlten zerstäubten Tröpfchen auf einer Fläche eines Substrats abgelagert werden kann, um eine UV-gehärtete Beschichtung auf dem Substrat zu bilden.
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Es wird nun auf 4 Bezug genommen, in der ein anderes Verfahren 220 zum Steuern der Auftragung von Material auf ein Substrat veranschaulicht ist. Das Verfahren 220 beinhaltet Auswerfen eines Beschichtungsmaterials aus einer Ultraschallsprühdüse, die eine Vielzahl von Mikroapplikatoren umfasst, bei Schritt 222. Bei Schritt 224 wird das ausgeworfene Material mit einer Vielzahl von UV-Lichtquellen bestrahlt, die benachbart zu der Vielzahl von Mikroapplikatoren positioniert ist, sodass das Härten des Beschichtungsmaterials initiiert wird. Ein Substrat wird bei Schritt 226 mit dem bestrahlten Beschichtungsmaterial beschichtet und bei Schritt 228 härten gelassen. In einigen Aspekten der vorliegenden Offenbarung wird das bestrahlte Beschichtungsmaterial ohne Wärmeeinbringung härten gelassen 230.
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Der Materialapplikator 10 kann aus bekannten Materialien gebildet sein, die bei der Auftragung von Materialien auf eine Fläche eines Objekts verwendet werden. Zum Beispiel können die Anordnungsplatte 100, die Mikroapplikatorplatte 114, der Rahmen 130 und das Gehäuse 140 aus Metallmaterialien, Polymermaterialien, Keramikmaterialien und/oder Verbundmaterialien gebildet sein. Zu nicht einschränkenden Beispielen für Metallmaterialien gehören Stähle, Edelstähle, Legierungen auf Nickelbasis, Legierungen auf Cobaltbasis und dergleichen. Zu nicht einschränkenden Beispielen für Polymermaterialien gehören Nylon, Polyethylen mit geringer Dichte (low-density polyethylene - LDPE), Polyethylen mit hoher Dichte (high-density polyethylene - HDPE), Polypropylen (PP), Polyvinylchlorid (PVC) und dergleichen. Zu nicht einschränkenden Beispielen für Keramikmaterialien gehören Aluminiumoxid (Al2O3), Siliciumdioxid (SiO2), Mullit (z. B. 3Al2O3•2SiO2), Titannitrid (TiN) und dergleichen. Zu nicht einschränkenden Beispielen für Verbundmaterialien gehören faserverstärkte Polymere, Keramikmatrix-Verbundwerkstoffe, Metallmatrix-Verbundwerkstoffe und dergleichen. Der Wandler 120 kann aus piezoelektrischen Materialien wie etwa Bariumtitanat (BaTiO3), Blei-Zirkonat-Titanat (PZT), Kaliumniobat (KNbO3), Natriumwolframat (Na2WO3) und dergleichen gebildet sein. Die UV-Lichtquelle kann aus fluoreszierenden UV-Lichtquellen, LED-UV-Lichtquellen und dergleichen gebildet sein. Das Material M kann ein Material(ien) sein, das zum Bilden einer Beschichtung oder Schicht auf einer Fläche eines Substrats verwendet wird.
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Es versteht sich anhand der Lehren der vorliegenden Offenbarung, dass eine UV-Lichtquelle an einen Mikroapplikator gekoppelt ist, um zerstäubte Tröpfchen, die ein UV-Katalysatormaterial (z. B. einen fotolatenten Basenkatalysator) enthalten, in situ zu katalysieren. Zum Beispiel können einige Klarlacke unter Verwendung eines Prozesses gehärtet werden, bei dem ein Katalysator über UV-Licht aktiviert wird. Im Gegensatz zu radikalischer Härtung härten derartige UV-härtbare Beschichtungen weiterhin, nachdem das UV-Licht entfernt worden ist. In einigen Aspekten der vorliegenden Offenbarung wird das Härten der zerstäubten Tröpfchen verzögert und die zerstäubten Tröpfchen treffen auf die Körperfläche (Substrat) auf und beginnen dann ohne zusätzliche UV-Aussetzung oder Erwärmung, sich zu vernetzen und zu härten. In anderen Aspekten der vorliegenden Offenbarung wird das Härten der zerstäubten Tröpfchen nicht verzögert. In derartigen Aspekten führt das Positionieren der Mikroapplikatoren in Bezug auf die Fläche des Substrats jedoch zum Härten der zerstäubten Tröpfchen, nachdem sie auf der Fläche abgelagert worden sind, ohne zusätzliche UV-Aussetzung oder Erwärmung.
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Im hier verwendeten Sinne sollte der Ausdruck mindestens eines von A, B und C dahingehend ausgelegt werden, dass er einen logischen Ausdruck (A ODER B ODER C) bedeutet, wobei ein nicht-ausschließendes ODER verwendet wird, und er sollte nicht dahingehend ausgelegt werden, dass er „mindestens eines von A, mindestens eines von B und mindestens eines von C“ bedeutet.
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Wenn darauf verwiesen wird, dass sich ein Element oder eine Schicht „auf“ einem anderen Element oder einer anderen Schicht befindet oder „daran gekoppelt“ ist, kann es bzw. sie sich direkt auf dem anderen Element oder der anderen Schicht befinden, damit verbunden oder daran gekoppelt sein, oder es können dazwischenliegende Elemente oder Schichten vorhanden sein. Im hier verwendeten Sinne beinhaltet der Ausdruck „und/oder“ beliebige und alle Kombinationen von einem oder mehreren der zugehörigen aufgeführten Punkte.
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Sofern dies nicht ausdrücklich angegeben ist, sind alle numerischen Werte, die mechanische/thermische Eigenschaften, prozentuale Anteile von Zusammensetzungen, Abmessungen und/oder Toleranzen oder andere Eigenschaften angeben, so zu verstehen, dass sie beim Beschreiben des Umfangs der vorliegenden Offenbarung durch das Wort „etwa“ oder „ungefähr“ modifiziert sind. Diese Modifikation ist aus verschiedenen Gründen gewünscht, einschließlich industrieller Praxis, Herstellungstechnik und Prüffähigkeit.
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Die hier verwendete Terminologie dient lediglich dem Zweck, konkrete beispielhafte Formen zu beschreiben, und soll nicht einschränkend sein. Es kann sein, dass die Singularformen „ein“, „eine“ sowie „der“, „die“, „das“ ebenfalls die Pluralformen beinhalten sollen, es sei denn, der Kontext gibt eindeutig etwas anderes vor. Die Ausdrücke „beinhaltend“ und „aufweisend“ sind einschließend und geben deshalb das Vorhandensein genannter Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Abläufe, Elemente und/oder Komponente vor, sie schließen jedoch nicht das Vorhandensein oder die Hinzufügung eines bzw. einer oder mehrerer anderer Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Abläufe, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon aus. Die hier beschriebenen Verfahrensschritte, Prozesse und Abläufe sind nicht dahingehend auszulegen, dass sie unbedingt ihre Durchführung in der konkreten erörterten oder veranschaulichten Reihenfolge erfordern, sofern dies nicht ausdrücklich als Durchführungsreihenfolge festgestellt ist. Es versteht sich zudem, dass zusätzliche oder alternative Schritte eingesetzt werden können.
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Die Beschreibung der Offenbarung ist rein beispielhafter Natur und somit ist beabsichtigt, dass Beispiele, die nicht vom Inhalt der Offenbarung abweichen, innerhalb des Umfangs der Offenbarung liegen. Derartige Beispiele sind nicht als Abweichung vom Geist und Umfang der Offenbarung zu betrachten. Die allgemeinen Lehren der Offenbarung können in vielfältigen Formen umgesetzt werden. Wenngleich diese Offenbarung konkrete Beispiele beinhaltet, sollte deshalb der wahre Umfang der Offenbarung nicht darauf begrenzt werden, da andere Modifikationen nach einer Betrachtung der Zeichnungen, der Beschreibung und der folgenden Ansprüche ersichtlich werden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Steuern der Auftragung von Material auf ein Fahrzeug Konfigurieren mindestens einer Anordnung, die eine Vielzahl von Mikroapplikatoren aufweist, durch die das Material ausgeworfen wird; und selektives Aktivieren jedes der Mikroapplikatoren zwischen einer An-Position und einer Aus-Position, sodass das Material nur durch Mikroapplikatoren in der An-Position ausgeworfen wird.
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Gemäß einer Ausführungsform werden die Mikroapplikatoren durch ein Auf-/Zu-Ventil selektiv aktiviert.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Auf-/Zu-Ventil ein Magnetventil.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Material aus einer Gruppe ausgewählt, die aus Lack, Klarlack, flockenhaltigem Grundierlack, nicht-flockenhaltigem Grundierlack, Dichtmittel, Plastisol, Einschichtlack, Basislack, 2K-Lack, Reinigungslösung und Klebstoff besteht.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Steuern der Auftragung eines Materials auf ein Fahrzeug Konfigurieren mindestens einer Anordnung, die eine Vielzahl von Mikroapplikatoren aufweist, durch die das Material ausgeworfen wird, wobei mindestens zwei der Mikroapplikatoren mit unterschiedlichen Materialquellen bereitgestellt sind; und Auswerfen der unterschiedlichen Materialquellen durch die Mikroapplikatoren.
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Gemäß einer Ausführungsform umfassen die unterschiedlichen Materialquellen Lack mit unterschiedlichen Farben.
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Gemäß einer Ausführungsform umfassen die unterschiedlichen Materialquellen einen Grundierlack und einen Klarlack.
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Gemäß einer Ausführungsform umfassen die unterschiedlichen Materialquellen gemeinsam einen 2K-Lack, wobei jede Komponente des 2K-Lacks entweder in ihrem Fluidweg und/oder an dem Fahrzeug gemischt wird.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst der 2K-Lack ein Isocyanat und Polyol.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung ferner gekennzeichnet durch Auswerfen einer Farbe von Lack durch einen Satz von Mikroapplikatoren zum Erzeugen eines Musters, das eine Grenze aufweist, an dem Fahrzeug; und anschließend Auswerfen einer zweiten Farbe von Lack durch mindestens einen Mikroapplikator benachbart zu der Grenze mit einem ersten Durchsatz.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung ferner gekennzeichnet durch Auswerfen der zweiten Farbe von Lack mit einem zweiten Durchsatz, der höher als der erste Durchsatz ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Einrichtung zum Auftragen eines Materials auf ein Fahrzeug bereitgestellt, die Folgendes aufweist: einen Roboterarm; eine Mikroapplikatoranordnung; und eine Schnelltrennkupplung, die zwischen dem Roboterarm und der Mikroapplikatoranordnung angeordnet ist und dazu konfiguriert ist, den Roboterarm mechanisch an die Mikroapplikatoranordnung zu koppeln.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Schnelltrennkupplung dazu konfiguriert, Drähte für elektrische Signale unterzubringen, sodass Steuersignale an eine Vielzahl von Mikroapplikatoren innerhalb der Mikroapplikatoranordnung kommuniziert werden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Steuern der Auftragung von Material auf ein Fahrzeug Konfigurieren mindestens einer Anordnung, die eine Vielzahl von Mikroapplikatoren aufweist, durch die das Material ausgeworfen wird; Platzieren einer Lichtquelle benachbart zu der mindestens einen Anordnung; und Auswerfen mindestens eines Materials durch die Mikroapplikatoren und an der Lichtquelle vorbei.
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Gemäß einer Ausführungsform ist mindestens ein Material eine Beschichtung, die einen fotolatenten Basenkatalysator aufweist.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Lichtquelle ein UV-Ringlicht.
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Gemäß einer Ausführungsform wird mindestens ein Material ohne Wärmequelle gehärtet, nachdem es auf das Fahrzeug aufgetragen worden ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Steuern der Auftragung von Material auf ein Fahrzeug Konfigurieren mindestens einer Anordnung, die eine Vielzahl von Mikroapplikatoren aufweist, durch die das Material ausgeworfen wird; Platzieren eines Magnetfelds benachbart zu der mindestens einen Anordnung; und Auswerfen mindestens eines Materials durch die Mikroapplikatoren und an der Lichtquelle vorbei, wobei das mindestens eine Material ferromagnetische Flocken enthält und das Magnetfeld dazu fungiert, die ferromagnetischen Flocken in einer vorbestimmten Ausrichtung auszurichten.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Steuern der Auftragung von Material auf ein Fahrzeug Konfigurieren mindestens einer Anordnung, die eine Vielzahl von Mikroapplikatoren aufweist, durch die das Material ausgeworfen wird; und Bewegen der mindestens einen Anordnung, wenn mindestens ein Material durch die Vielzahl von Mikroapplikatoren ausgeworfen wird.
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Gemäß einer Ausführungsform wird die Anordnung gedreht.
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Gemäß einer Ausführungsform wird die Anordnung verschoben.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Reinigen von Innenhohlräumen eines Mikroapplikators Anwenden einer vorbestimmten Frequenz auf eine piezoelektrische Vorrichtung, die mit dem Mikroapplikator in Kommunikation steht, wobei die vorbestimmte Frequenz während des Betriebs von einer Eigenfrequenz des Mikroapplikators versetzt ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Steuern der Auftragung von Material auf ein Fahrzeug Konfigurieren einer ersten Anordnung, die eine Vielzahl von Mikroapplikatoren aufweist, durch die ein erstes Material an einem Applikator ausgeworfen wird; Konfigurieren einer zweiten Anordnung, die eine Vielzahl von Mikroapplikatoren aufweist, durch die ein zweites Material an dem Applikator ausgeworfen wird; Auswerfen des ersten Materials durch die erste Anordnung auf eine Fläche des Fahrzeugs, die zum Durchhängen neigt; und anschließend Auswerfen des zweiten Materials durch die zweite Anordnung auf die Fläche des Fahrzeugs, die zum Durchhängen neigt.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das erste Material ein 1K-Material und das zweite Material ein Rheologiekontrollmittel.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Rheologiekontrollmittel aus der Gruppe ausgewählt, die aus einem Material mit erhöhter Viskosität und einem Material mit erhöhter Katalysationsfähigkeit besteht.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Steuern der Auftragung von Material auf ein Fahrzeug Konfigurieren mindestens einer Anordnung, die eine Vielzahl von Mikroapplikatoren aufweist, durch die das Material ausgeworfen wird; Platzieren einer akustischen Linse benachbart zu der mindestens einen Anordnung; und Auswerfen mindestens eines Materials durch die Mikroapplikatoren, wobei die Druckwelle von der akustischen Linse auf die Mikroapplikatoren fokussiert ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Steuern der Auftragung von Material auf ein Fahrzeug Konfigurieren mindestens einer Anordnung, die eine Vielzahl von Mikroapplikatoren aufweist, durch die das Material ausgeworfen wird; Platzieren einer konkaven piezoelektrischen Vorrichtung benachbart zu der mindestens einen Anordnung; und Auswerfen mindestens eines Materials an der konkaven piezoelektrischen Vorrichtung vorbei und durch die Mikroapplikatoren.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Steuern der Auftragung von Material auf ein Fahrzeug Konfigurieren mindestens einer Anordnung, die eine Vielzahl von Mikroapplikatoren aufweist, durch die das Material ausgeworfen wird; Beschichten eines Auslassabschnitts der Mikroapplikatoren mit einem hydrophoben Material; und Auswerfen mindestens eines Materials durch die Mikroapplikatoren und an dem Auslassabschnitt vorbei.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Mikroapplikatorvorrichtung bereitgestellt, die Folgendes aufweist: einen Fluidbehälter; und einen Mikroapplikator, der an einem distalen Endabschnitt des Fluidbehälters angeordnet ist, wobei der Fluidbehälter und der Mikroapplikator zu umkehrbarer Anbringung an einem Applikator konfiguriert sind.
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Gemäß einer Ausführungsform definieren der Fluidbehälter und der Mikroapplikator eine Gewindeverbindung mit dem Applikator.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Steuern der Auftragung von Material auf ein Fahrzeug Konfigurieren mindestens einer Anordnung, die eine Vielzahl von Mikroapplikatoren aufweist, durch die das Material ausgeworfen wird; und Einstellen einer Frequenz einer Spannung, die jedem der Mikroapplikatoren zugeführt wird, um den Durchsatz des Materials zu steuern.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Steuern der Auftragung von Material auf ein Substrat Auswerfen mindestens eines Materials durch mindestens eine Anordnung, die eine Vielzahl von Mikroapplikatoren umfasst, wobei mindestens eine Ultraviolett-(UV-)Lichtquelle benachbart zu der mindestens einen Anordnung positioniert ist, sodass sich das mindestens eine Material daran vorbeibewegt und durch die mindestens eine UV-Lichtquelle bestrahlt wird.
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Gemäß einer Ausführungsform wird das mindestens eine Material aus jedem der Vielzahl von Mikroapplikatoren ausgeworfen und durch die mindestens eine UV-Lichtquelle bestrahlt.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die mindestens eine UV-Lichtquelle ein UV-Lichtring.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die mindestens eine UV-Lichtquelle eine UV-Leuchtdiode (LED).
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die mindestens eine UV-Lichtquelle eine Vielzahl von UV-Lichtringen, die benachbart zu der Vielzahl von Mikroapplikatoren positioniert ist, sodass jeder UV-Lichtring benachbart zu einem Mikroapplikator positioniert ist und das mindestens eine aus einem gegebenen Mikroapplikator ausgeworfene Material durch den benachbart zu dem gegebenen Mikroapplikator positionierten UV-Lichtring bestrahlt wird.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die mindestens eine UV-Lichtquelle eine Vielzahl von UV-LEDs, die benachbart zu der Vielzahl von Mikroapplikatoren positioniert ist, sodass jede UV-LED benachbart zu einem Mikroapplikator positioniert ist und das mindestens eine aus einem gegebenen Mikroapplikator ausgeworfene Material durch die benachbart zu dem gegebenen Mikroapplikator positionierte UV-LED bestrahlt wird.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das mindestens eine Material ein UV-härtbares Beschichtungsmaterial.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das mindestens eine Material ein UV-härtbares Beschichtungsmaterial, das einen Härtungskatalysator umfasst, der mit UV-Licht aktiviert wird.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Härtungskatalysator ein fotolatenter Basenkatalysator.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung ferner gekennzeichnet durch Härten des UV-härtbaren Beschichtungsmaterials, nachdem das UV-härtbare Beschichtungsmaterial auf das Substrat aufgetragen worden ist.
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Gemäß einer Ausführungsform wird das UV-härtbare Beschichtungsmaterial ohne Wärmequelle gehärtet.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung ferner gekennzeichnet durch einen Ultraschallwandler, der mechanisch an die mindestens eine Anordnung gekoppelt ist.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst mindestens ein durch die mindestens eine Anordnung ausgeworfenes Material zerstäubte Tröpfchen des mindestens einen Materials.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung ferner gekennzeichnet durch Lackieren eines Fahrzeugs unter Verwendung des mindestens einen Materials, das durch die mindestens eine Anordnung mit der Vielzahl von Mikroapplikatoren ausgeworfen wird, und der mindestens einen UV-Lichtquelle.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das mindestens eine Material ein UV-härtbares Klarlackmaterial.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Steuern der Auftragung von Beschichtungsmaterial auf ein Fahrzeug Strömen mindestens eines Materials durch einen Ultraschallzerstäubungsmaterialapplikator, der mindestens eine Anordnung mit einer Vielzahl von Mikroapplikatoren und eine Vielzahl von Ultraviolett-(UV-)Lichtquellen, die benachbart zu der Vielzahl von Mikroapplikatoren positioniert ist, umfasst; Auswerfen des mindestens einen Materials aus der Vielzahl von Mikroapplikatoren und Bilden von zerstäubten Tröpfchen; und Bestrahlen der zerstäubten Tröpfchen mit UV-Licht aus der Vielzahl von UV-Lichtquellen.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Vielzahl von UV-Lichtquellen eine Vielzahl von UV-Lichtringen, eine Vielzahl von UV-Leuchtdioden oder eine Kombination daraus.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Ultraschallzerstäubungsmaterialapplikator bereitgestellt, der Folgendes aufweist: eine Düse, die eine Anordnungsplatte und einen Ultraschallwandler, der mechanisch an die Anordnungsplatte gekoppelt ist, umfasst, wobei die Anordnungsplatte eine Vielzahl von Mikroapplikatoren umfasst und die Düse dazu konfiguriert ist, mindestens ein Material in der Form von zerstäubten Tröpfchen aus der Vielzahl von Mikroapplikatoren auszuwerfen; und eine Vielzahl von UV-Lichtquellen, die benachbart zu der Vielzahl von Mikroapplikatoren positioniert ist, wobei die Vielzahl von UV-Lichtquellen dazu konfiguriert ist, die aus der Vielzahl von Mikroapplikatoren ausgeworfenen zerstäubten Tröpfchen zu bestrahlen.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Vielzahl von UV-Lichtquellen eine Vielzahl von UV-Lichtringen, die benachbart zu der Vielzahl von Mikroapplikatoren positioniert ist, sodass jeder UV-Lichtring benachbart zu einem Mikroapplikator positioniert ist und das mindestens eine aus einem gegebenen Mikroapplikator ausgeworfene Material durch den benachbart zu dem gegebenen Mikroapplikator positionierten UV-Lichtring bestrahlt wird.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Vielzahl von UV-Lichtquellen eine Vielzahl von UV-Leuchtdioden (LEDs), die benachbart zu der Vielzahl von Mikroapplikatoren positioniert ist, sodass jede UV-LED benachbart zu einem Mikroapplikator positioniert ist und das mindestens eine aus einem gegebenen Mikroapplikator ausgeworfene Material durch eine benachbart zu dem gegebenen Mikroapplikator positionierte UV-LED bestrahlt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6394363 [0017]
- US 7550897 [0017]
- US 7977849 [0017]
- US 8317299 [0017]
- US 8191982 [0017]
- US 9156049 [0017]
- US 7976135 [0017]
- US 9452442 [0017]
- US 2014/0110500 [0017]
- US 2016/0228902 [0017]
- US 2016/0158789 [0017]