DE19745706B4 - Method for producing a component from wood - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus Holz, dessen Oberfläche definierte geschmolzene und erstarrte Bereiche aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Holz in dem definierten Bereich durch berührungslosen Energieeintrag mittels eines CO2-Lasers behandelt wird, dessen Intensität innerhalb einer Wechselwirkungszeit kleiner/gleich 50 ms so gesteuert wird, dass eine pyrolysefreie, geschmolzene und innerhalb dieses Zeitraumes erstarrte Oberfläche erhalten wird.Method for producing a component made of wood, the surface of which has defined molten and solidified areas, characterized in that the wood is treated in the defined area by non-contact energy input by means of a CO 2 laser whose intensity within an interaction time less than or equal to 50 ms is controlled so that a pyrolysis-free, molten and solidified within this period surface is obtained.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus Holz mit definierten Bereichen von geschmolzener Oberfläche. Die Erfindung ist einsetzbar in der Holz bearbeitenden und verarbeitenden Industrie, im Bauwesen und im Handwerk.The The invention relates to a method for producing a component made of wood with defined areas of molten surface. The Invention is applicable in the wood-working and processing Industry, construction and crafts.

In der Holzverarbeitung werden Laser neben Vermessungsaufgaben für Schneid- und Perforierungsprozesse eingesetzt. Eine neue, noch nicht industriell eingesetzte Anwendung ist das Abtragen mit Hilfe von Laserstrahlung. Von Seltman, J.: Freilegen der Holzstruktur durch UV-Bestrahlung, Holz als Roh- und Werkstoff, Springer-Verlag, 53(1995), S. 225–228 und von Panzner, M. et al.: Experimental Investigation of the Laser Ablation Prozess on Wood Surfaces, Fourth International Conference on Laser Ablation COLA, Monterey, California, 1997 werden unterschiedliche Möglichkeiten und Verfahren zum Abtragen der durch mechanische Bearbeitung zerstörten Holzschicht mit Hilfe elektromagnetischer Strahlung verschiedener Wellenlängen beschrieben.In In wood processing, lasers are used in addition to surveying tasks and perforation processes used. A new, not yet industrial used application is the removal by means of laser radiation. By Seltman, J .: exposure of the wood structure by UV irradiation, Wood as raw and material, Springer-Verlag, 53 (1995), pp. 225-228 and by Panzner, M. et al .: Experimental Investigation of the Laser Ablation Process on Wood Surfaces, Fourth International Conference on Laser Ablation COLA, Monterey, California, 1997 will be different options and method for removing the wood layer destroyed by mechanical working described by means of electromagnetic radiation of different wavelengths.

Die beim Laser-Schneiden auftretenden Veränderungen an Holz und Holzwerkstoffen untersuchte unter anderen auch Parameswaran, N.: Feinstrukturelle Veränderungen an durch Laserstrahl getrennten Schnittflächen von Holz und Holzwerkstoffen, Holz als Roh- und Werkstoff, Berlin 40(1982)11, S. 421–428, der folgende interessante Feststellungen machte: Die braun bis schwarz gefärbten Schnittflächen entstehen durch den hauptsächlich thermischen Trennvorgang und sind charakteristisch für eine Pyrolyse in den Zellbereichen der Trennung. Es wird eine weitgehend zusammengeschmolzene Oberfläche erzeugt, wodurch die einzelnen Zelllumina im Durchmesser stark reduziert werden. Die hohen Temperaturen in der Schnittfuge (etwa 700°C, Arai et al. 1979) führen zu einer allmählichen Umwandlung der Wandkomponenten in eine glasige Masse. Back, E.L.: Cellulose bei hohen Temperaturen: Selbstvernetzung..., Das Papier, 27(1973), S. 475–483 bestimmte für Cellulose theoretisch aus der Glastemperatur die Schmelztemperatur mit ca. 450 °C. Außerdem stellte er fest, das ein Schmelzen ohne pyrolytische Ne benerscheinungen nur möglich sein wird, wenn Erwärmung und Abkühlung in einer genügend kurzen Zeitspanne stattfinden.The Changes in wood and wood materials occurring during laser cutting examined among other things Parameswaran, N .: fine structural changes at cutting surfaces separated by laser beam of wood and wood materials, wood as raw and material, Berlin 40 (1982) 11, P. 421-428, the made the following interesting findings: The brown to black colored cut surfaces arise through the main thermal separation process and are characteristic of pyrolysis in the cell areas of separation. It creates a largely fused surface, whereby the individual cell lumens greatly reduced in diameter become. The high temperatures in the kerf (about 700 ° C, Arai et al. 1979) to a gradual Conversion of wall components into a glassy mass. Back, E.L .: Cellulose at high temperatures: self-crosslinking ..., paper, 27 (1973), p. 475-483 certain for Cellulose theoretically from the glass transition temperature, the melting temperature with about 450 ° C. Furthermore he found that melting without pyrolytic side effects only possible will be when warming and cooling off in one enough short period of time.

Die bisher beschriebenen Schmelzvorgänge bei der Bearbeitung von Holz werden als störende Begleiterscheinungen angesehen. Bis jetzt wurden noch keine Veränderungen spezifischer Eigenschaften von Holz erzeugt.The previously described melting processes the processing of wood are disturbing side effects considered. So far, no changes have been made to specific properties produced by wood.

Neben den typischen pyrolytischen Abbauprozessen bei der Bearbeitung von Holz mit Laserstrahlung ist auch das Schmelzen als ein sekundärer Umwandlungsvorgang bekannt. Geschmolzene Bereiche werden aber in der Regel als negativ für die Qualität der bearbeiteten Holzoberfläche bewertet. Außerdem werden in der Schmelze die bei der Bearbeitung entstehenden pyrolytischen Abbauprodukte festgehalten und erstarrt. Bekannte Verfahren, wie zum Beispiel das Lasertrennen beschränken sich darauf, bei der Bearbeitung Holzsubstanz durch thermische oder fotochemische Ankopplung des Lasers zu verdampfen. Die Veränderung der Holzstruktur in den an die Bearbeitungszone angrenzenden Bereichen erfolgt dabei willkürlich. Abbauvorgänge sind nicht steuerbar, kaum vermeidbar und führen im Allgemeinen zu einer Abwertung der Qualität des so bearbeiteten Holzes. Verschiedene Verfahren, wie zum Beispiel die Plasma-Bearbeitung ( DE 41 35 697 A1 ) erfordern eine aufwendige Vorbehandlung des Holzes und komplizierte Bearbeitungsvorrichtungen, die eine großtechnische Einführung verhindern.In addition to the typical pyrolytic degradation processes in the processing of wood with laser radiation, melting is also known as a secondary conversion process. Melted areas, however, are usually rated as negative for the quality of the processed wood surface. In addition, the pyrolytic decomposition products formed during processing are held in the melt and solidified. Known methods, such as laser cutting, are limited to vaporization of wood substance during processing by thermal or photochemical coupling of the laser. The change of the wood structure in the adjacent to the processing zone areas is done arbitrarily. Degradation processes are not controllable, hardly avoidable and generally lead to a devaluation of the quality of the wood so processed. Various methods, such as plasma processing ( DE 41 35 697 A1 ) require a complex pretreatment of the wood and complicated processing devices that prevent large-scale introduction.

Aus der DE 94 02 681.5 U1 ist eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Glas, Kunststoff, Halbleitern, Holz oder Keramik mittels Laserstrahlung mit einer Laserstrahlungsquelle bekannt, die Laserstrahlung in Form eines Laserstrahles emittiert. Die Laserstrahlung weist eine Wellenlänge von etwa 1,4 μm bis 3,0 μm auf. Durch die Bearbeitung mit dem Laserstrahl wird ein effektiver Abtragungsmechanismus angestrebt, der im Wellenlängenbereich von ungefähr 1,4 μm bis 3,0 μm den zu bearbeitenden Stoff sehr stark aufheizt, so dass es zu sogenannten Mikroexplosionen kommt. Das erhitzte Material wird abgetragen. Dies dient dem Beschriften von Werkstückteilen.From the DE 94 02 681.5 U1 a device for processing glass, plastic, semiconductors, wood or ceramic by means of laser radiation with a laser radiation source is known which emits laser radiation in the form of a laser beam. The laser radiation has a wavelength of about 1.4 microns to 3.0 microns. By machining with the laser beam, an effective ablation mechanism is sought, which heats the substance to be treated very strongly in the wavelength range of approximately 1.4 μm to 3.0 μm, so that so-called micro-explosions occur. The heated material is removed. This is used to label workpiece parts.

Aus der DE 40 33 255 A1 ist ein Verfahren zum kontrastreichen Hervortretenlassen der Eigenmaserung eines an sich blassen Holzes durch Infrarotbestrahlung bekannt. Die Verfahrensparameter für die Wärmeeinwirkung sind so gewählt, dass die intensive Wärme einwirkung zu einer kontrastreichen und gleichmäßigen Bräunung der Holzoberfläche führt. Dies sind pyrolytische Abbauprozesse, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vermieden werden sollen.From the DE 40 33 255 A1 For example, there is known a method of contrasting the intrinsic grain of an inherently pale wood with infrared radiation. The process parameters for the effect of heat are selected so that the intense heat effect leads to a high-contrast and uniform browning of the wood surface. These are pyrolytic degradation processes which are to be avoided by the process according to the invention.

Aus der US 4,943,700 ist das Schneiden von Holz mittels Laser bekannt. Die Trennung des Holzes erfolgt entlang einer Schnittfuge, die mittels eines Laserstrahls parallel zu diesem erzeugt wird. Dies erfordert einen Energieeintrag der zur bereichsweisen Zerstörung der Holzstruktur führt. Eine ggf. bereichsweise erzeugte Schmelze ist ein sekundärer Prozess, dem die Erzeugung der Schnittfuge vorangestellt ist.From the US 4,943,700 is the cutting of wood known by laser. The separation of the wood takes place along a kerf, which is generated by means of a laser beam parallel to this. This requires an energy input which leads to the destruction of the wood structure in areas. A possibly generated in some areas melt is a secondary process, which is preceded by the generation of the kerf.

Die JP 60 127 102 A zeigt eine Lösung zur dekorativen Gestaltung einer Holzoberfläche. Das Holz wird gemäß der Druckschrift in Bereichen pyrolytischen Abbauprozessen unterworfen, damit eine sichtbare Veränderung an der Oberfläche erfolgt. Somit weisen die hier vorliegenden Bereiche nicht ausschließlich die Eigenschaften von erstarrten Holzschmelzen auf.The JP 60 127 102 A shows a solution for decorating a wooden surface. The wood becomes pyro according to the publication in areas subjected to lytic degradation processes, so that a visible change takes place on the surface. Thus, the areas present here are not exclusive to the properties of solidified wood melts.

Entsprechend der Druckschrift SU 17 90 487 A wird ein Metallpulver unter Druck auf bzw. in die Oberfläche (Poren) gebracht, um im Anschluss zwei oder mehr solchermaßen behandelte Holzbauteile durch Schweißen miteinander zu verbinden. Die Verbindungsbildung erfolgt hier über die Schmelze des Metallpulvers. Die Haftung des Metallpulvers an der Holzoberfläche wird als rein mechanischer Vorgang beschrieben.According to the publication SU 17 90 487 A For example, a metal powder is pressurized on the surface (pores) to be subsequently welded together by joining two or more wooden members thus treated. The compound formation takes place here via the melt of the metal powder. The adhesion of the metal powder to the wood surface is described as a purely mechanical process.

Nach der JP 09 155 814 A findet im Bereich der Oberfläche des Holzes ein Wärmeeintrag und eine Verdichtung durch Heizpressen statt. Der Wärmeeintrag führt zu einer Erweichung des Holzes. Die Erzeugung eines geschmolzenen Bereiches wird nicht beschrieben.After JP 09 155 814 A In the area of the surface of the wood, a heat input and a compression by heating presses takes place. The heat input leads to a softening of the wood. The generation of a molten area will not be described.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Bauteil aus Holz durch ein einfach anwendbares Verfahren hinsichtlich seiner chemischen und physikalischen Eigenschaften der Holzoberfläche systematisch zu verändern und neue Anwendungsmöglichkeiten für das Bauteil zu erschließen.The The object of the invention is a component made of wood an easily applicable method in terms of its chemical and physical properties of the wood surface to change systematically and new applications for the Develop a component.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen dadurch gelöst, dass das Holz in dem definierten Bereich durch berührungslosen Energieeintrag mittels eines Kohlendioxid-Lasers behandelt wird, dessen Intensität innerhalb einer Wechselwirkungszeit kleiner/gleich 50 ms so gesteuert wird, dass eine pyrolysefreie und abtragsfreie geschmolzene und erstarrte Oberfläche erhalten wird. Vorteilhafte Varianten des Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Unteransprüchen.According to the invention Task by a method having the features mentioned in claim 1 solved by that the wood in the defined area by non-contact Energy input is treated by means of a carbon dioxide laser, its intensity so controlled within an interaction time less than or equal to 50 ms is that a pyrolysis-free and non-abrasive melted and solidified surface is obtained. Advantageous variants of the method arise from the dependent ones Dependent claims.

Das Bauteil aus Holz weist in geometrisch definierten Bereichen veränderte Eigenschaften auf. Erfindungsgemäß besitzen die geometrisch definierten Bereiche ausschließlich die Eigenschaften von erstarrten Holzschmelzen. Die Bereiche können sich auf einzelne oder mehrere Holzzellen erstrecken oder auf eine oder mehrere Zellwände. Aus der Verschmelzung ergeben sich Eigenschaftsänderungen physikalischer und chemischer Natur als auch eine gezielte Veränderung des Verformungsverhaltens.The Component made of wood has changed properties in geometrically defined areas on. Own according to the invention the geometrically defined areas exclusively the properties of solidified Wood melting. The areas can extend to single or multiple wooden cells or to one or multiple cell walls. The merger results in physical and physical property changes chemical nature as well as a targeted change in the deformation behavior.

Die Schmelze lässt sich für das Zusammenfügen von Holzteilen und/oder Holzpartikeln heranziehen oder zur Einlagerung von Zusatzstoffen in die Schmelze verwenden.The Melt leaves for the joining together of wood parts and / or wood particles or for storage of additives in the melt use.

Die Hauptbestandteile des Holzes Cellulose, Lignin und Hemicellulosen haben ähnlich anderen Polymeren keinen Schmelzpunkt, sondern es tritt ein breites Übergangsintervall in der Phasenumwandlung auf. Im Unterschied zu Kunststoffen besitzt Holz aber keine homogene Struktur und somit auch keine konkrete Erweichungstemperatur, sondern einen Erweichungstemperaturbereich. Thermische Zersetzungsvorgänge beginnen im Holz schon bei Temperaturen unter 100 °C. Entscheidender Faktor für das Einsetzen und Fortschreiten der Pyrolyse ist jedoch die Zeitdauer der Wärmeeinwirkung, da die Pyrolyse einen kontinuierlichen Prozess aufeinander folgender Abbauvorgänge darstellt. Das Erweichen beginnt bei Temperaturen um 100°C, wobei der Polymerisationsgrad der Ketten rasch abfällt und eine Plastifizierung des Werkstoffs einsetzt. Geschmolzenes Holz ist gekennzeichnet durch einen geringen Polymerisationsgrad, Erhöhung des Anteils an a morpher Masse, den Verlust der Fibrillenstruktur der Zellulose und der typischen Zellstruktur, Homogenisierung und Erhöhung der Schmelztemperatur bei wiederholter Erwärmung.The Main components of wood cellulose, lignin and hemicelluloses have similar other polymers no melting point, but there is a wide transition interval in the phase transformation. Unlike plastics Wood, however, is not a homogeneous structure and therefore no concrete one Softening temperature, but a softening temperature range. Thermal decomposition processes start in the wood already at temperatures below 100 ° C. critical Factor for however, the onset and progression of pyrolysis is the duration the heat effect, because pyrolysis is a continuous process consecutive mining operations represents. The softening starts at temperatures around 100 ° C, whereby the degree of polymerization of the chains drops rapidly and a plasticization of the material. Molten wood is characterized by a low degree of polymerization, increasing the proportion of a morpher Mass, the loss of the fibril structure of cellulose and the typical Cell structure, homogenization and increase of the melting temperature with repeated heating.

Dementsprechend ist das Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus Holz so ausgestaltet, dass die geometrisch definierten Bereiche durch berührungslosen, kurzzeitigen, vorzugsweise innerhalb kleiner/gleich 50 ms, hohen Energieeintrag aufgeschmolzen werden, so dass der Polymerisationsgrad der Ketten rasch abfällt und eine Plastifizierung des Werkstoffs einsetzt, und die Schmelze innerhalb dieses Zeitraumes erstarrt.Accordingly is the method for the production of components made of wood designed so that the geometrically defined areas are defined by contactless, short-term, preferably within less than / equal to 50 ms, high Energy input are melted, so that the degree of polymerization of the Chains fall off quickly and a plasticization of the material, and the melt frozen within this period.

Als elektromagnetische Strahlung wird Laserlicht verwendet. Die Ausdehnung des Wechselwirkungsbereiches, die Wechselwirkungszeit und die Intensität werden durch eine Kombination von Relativbewegung zwischen Strahl und Werkstück sowie mit Methoden der dynamischen Strahlformung realisiert.When electromagnetic radiation, laser light is used. The expansion of the interaction area, the interaction time and the intensity become by a combination of relative movement between the beam and the workpiece as well realized with methods of dynamic beam shaping.

Die Bearbeitung findet in einer durch Zusammensetzung, Druck und Temperatur definierten Gasatmosphäre statt. Die Erwärmung kann sowohl unter Inertgas, als auch in freier Atmosphäre durchgeführt werden. Das Schmelzen von Holz kann mit anderen Verfahren der Holzbearbeitung, z.B. mit mechanischen Verfahren kombiniert werden. Das Schmelzen kann in einem definierten zeitlichen Rahmen kurz vor, während oder kurz nach der Bearbeitung mit einem anderen Verfahren angewandt werden.The Processing takes place in one by composition, pressure and temperature defined gas atmosphere instead of. The warming can be carried out both under inert gas and in a free atmosphere. Melting of wood can be done with other methods of woodworking, e.g. be combined with mechanical methods. The melting can within a defined time frame shortly before, during or applied shortly after processing with another method become.

Durch das Schmelzen der Holzoberfläche ergibt sich eine vorteilhafte Veränderung der Gefügestruktur des Holzes. Das Verschließen der Holzzellen führt direkt zu einer Verringerung der spezifischen Oberfläche und es wird die kapillare Aufnahme von Feuchtigkeit eingeschränkt bzw. unterbunden. Holz oder Holzpartikel lassen sich durch Schweißen untereinander verbinden ohne, oder ausschließlich unter Verwendung holzeigener (z.B. Lignin) Zusatzstoffe. Das Bauteil kann durch Schmelzen mit anderen Werkstoffen, insbesondere transparenten Polymeren oder Faserstoffen, verschweißt werden. Das Schmelzen ist räumlich lokal begrenzt oder flächendeckend möglich, wodurch der Anteil an geschmolzenem Volumen eine geometrisch definierte Größe auf oder unterhalb der Oberfläche besitzt und somit auch der Grad der Änderung physikalischer und/oder chemischer Eigenschaften definiert ist.By melting the wood surface results in an advantageous change in the microstructure of the wood. The closing of the wood cells leads directly to a reduction in the specific surface area and the capillary absorption of moisture is restricted or prevented. Wood or wood particles can be joined together by welding without, or exclusively under Use of wood-based (eg lignin) additives. The component can be welded by melting with other materials, in particular transparent polymers or fibrous materials. The melting is spatially localized or area-wide possible, whereby the proportion of molten volume has a geometrically defined size on or below the surface and thus also the degree of change of physical and / or chemical properties is defined.

Mit der Schmelze werden gezielt physikalische und/oder chemische Veränderungen im Holz erzeugt. Zu diesem Zweck können zusätzlich Fremdsubstanzen in das Holz eingeschmolzen werden. Diese Fremdsubstanzen können Partikel und/oder Pigmente sein. Sie werden vor dem Schmelzprozess zum Beispiel mittels Tränken, Tauchen, Beschichten oder während des Schmelzvorganges zum Beispiel mittels Gas- oder Pulverstrahl in oder auf das Holz gebracht. Die Diffusionseigenschaften des Holzes gegenüber umgebenden Medien werden verändert. In geschmolzenen Bereichen sind die Diffusionseigenschaften in den Hauptschnittrichtungen des Holzes einander weitestgehend gleich. Durch das Schmelzen wird eine Hydrophobierung der Holzoberfläche erreicht. Geschmolzenes Holz weist durch die gezielte Veränderung physikalischer und/oder chemischer Eigenschaften eine erhöhte Resistenz gegenüber Holzschädlingen auf. Härte und Abriebfestigkeit der Holzoberfläche lassen sich einstellen. Die optischen Eigenschaften (Absorption, Reflexion und Streuung) der Holzoberfläche werden gezielt verändert. Geschmolzenes Holz unterscheidet sich im Glanz deutlich von nicht geschmolzenem Holz. Die Erweichung der Holzsubstanz im Bereich der Glastemperatur bietet neue Möglichkeiten für die Verformung von Holz.With The melt will be targeted physical and / or chemical changes produced in the wood. For this purpose, in addition to foreign substances in the Wood melted down. These foreign substances can be particles and / or pigments. They become before the melting process for example by means of potions, Dive, coat or while the melting process, for example by means of gas or powder jet put in or on the wood. The diffusion properties of the wood towards surrounding Media are changed. In molten areas are the diffusion properties in the Main cutting directions of the wood are largely equal to each other. By melting a hydrophobization of the wood surface is achieved. Melted wood has the physical and / or targeted change chemical properties increased resistance to wood pests on. hardness and abrasion resistance of the wood surface can be adjusted. The optical properties (absorption, reflection and scattering) the wooden surface are changed in a targeted way. Melted wood does not differ significantly in gloss from molten wood. The softening of the wood substance in the area of Glass temperature offers new possibilities for the Deformation of wood.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.following The invention will be explained in more detail with reference to exemplary embodiments.

An einem Holzbalken mit dem Querschnitt von 8 × 10 cm weist der Balkenkopf zum Schutz vor kapillarer Wasseraufnahme im Bereich des Hirnholzschnittes eine geschlossene Oberfläche aus geschmolzenem Holz mit einer Dicke von maximal 0,5 mm auf. Zur Erzeugung dieses geschmolzenen Bereiches wurde der Laserstrahl eines kontinuierlichen CO2-Lasers mit einer Leistung von 2500 W und einem Wirkfleckdurchmesser von 6 mm mittels Doppel-Spiegel-Scanner mäanderförmig, bei einer Spurüberlappung von 10 Prozent und einer Geschwindigkeit von 6 m/s über die zu bearbeitende Hirnholzfläche des Balkenkopfes bewegt.On a wooden beam with the cross section of 8 × 10 cm, the beam head has a closed surface of molten wood with a maximum thickness of 0.5 mm for protection against capillary water absorption in the area of the end grain cut. To produce this molten area, the laser beam of a continuous CO 2 laser with a power of 2500 W and a spot diameter of 6 mm was meandered by means of double mirror scanner, with a track overlap of 10 percent and a speed of 6 m / s on the to be machined end-grain surface of the beam head moves.

Um eine homogene und geschlossene Schmelzzone von größer 0,4 mm Dicke zu erzeugen, muß die Zellstruktur in dem geometrisch definierten Bereich aufgehoben werden. Daher wurden Wellenlänge und Einwirkzeit des Laserstrahls so gewählt, dass die festen Holzbestandteile bis in eine Tiefe von etwa 0,8 mm geschmolzen werden.Around a homogeneous and closed melting zone of greater than 0.4 mm thickness must produce the Cell structure are lifted in the geometrically defined area. Therefore were wavelength and contact time of the laser beam chosen so that the solid wood components melted to a depth of about 0.8 mm.

Die Verminderung der kapillaren Wasseraufnahme wurde durch Benetzung mit einer definierten Menge Wasser und Messung der Zeit bis zum vollständigen Eindringen des Wassers in die Oberfläche bestimmt. Die Untersuchung der geschmolzenen Holzoberfläche ergab eine Verlängerung der mittleren Eindringzeit um den Faktor 7,1.The Reduction in capillary water absorption was due to wetting with a defined amount of water and measuring the time to complete Ingress of water into the surface is determined. The investigation the molten wood surface resulted in an extension the average penetration time by a factor of 7.1.

Zwei Furniere aus Fichtenholz werden entsprechend der Darstellung in 1 durch Aufschmelzen des im Holz enthaltenen Lignins untereinander verschweißt. Dafür werden die Furniere 3 vorher z.B. durch Bügeln geglättet und in einer geeigneten Vorrichtung so fixiert, dass sie ohne Abstand über der gesamten Nahtlänge dicht zusammen liegen. Zur Erzeugung dieser Schweißnaht 5 wurde der Laserstrahl 2 eines kontinuierlichen CO2-Lasers mit einer Leistung von 2500 W, einem Wirkfleckdurchmesser von 13 mm und einer Geschwindigkeit von 12 m/s geradlinig über die vorbereitete Nahtlänge bewegt. Um eine homogene und geschlossene Schweißnaht 5 mit einer Dicke von mindestens 0,5 mm zu erzeugen, muss die Zellstruktur in einem geometrisch definierten Bereich aufgehoben werden. Daher wurden Wellenlänge und Einwirkzeit des Laserstrahls 2 so gewählt, dass die festen Holzbestandteile bis in eine Tiefe von etwa 2 mm aufgeschmolzen werden.Two veneers made of spruce wood, as shown in 1 fused together by melting the lignin contained in the wood. That's what the veneers are made of 3 previously smoothed, for example, by ironing and fixed in a suitable device so that they are close together without spacing over the entire seam length. To produce this weld 5 became the laser beam 2 a continuous CO 2 laser with a power of 2500 W, a kneading diameter of 13 mm and a speed of 12 m / s moved in a straight line over the prepared seam length. For a homogeneous and closed weld 5 with a thickness of at least 0.5 mm, the cell structure must be suspended in a geometrically defined area. Therefore, wavelength and exposure time of the laser beam 2 chosen so that the solid wood components are melted to a depth of about 2 mm.

Nach der Bearbeitung sind die beiden Furniere 3 durch die Schweißnaht 5 untereinander verbunden. Nach dem Trennen der beiden Furniere 3 ist im Mikroskop deutlich und über die gesamte Nahtlänge eine Bruchkante zu erkennen. Unterhalb der Bruchkante ist eine homogene Schmelze 6 zu erkennen. Die Zellstruktur ist bis in eine Tiefe von 0,4 mm aufgehoben.After processing are the two veneers 3 through the weld 5 interconnected. After separating the two veneers 3 is clearly visible in the microscope and over the entire seam length a breaking edge. Below the breaking edge is a homogeneous melt 6 to recognize. The cell structure is suspended to a depth of 0.4 mm.

11
Strahlführungbeamline
22
Laserstrahllaser beam
33
Furnierveneer
44
Bearbeitungsrichtungmachining direction
55
SchweißnahtWeld
66
Schmelzemelt

Claims (8)

Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus Holz, dessen Oberfläche definierte geschmolzene und erstarrte Bereiche aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Holz in dem definierten Bereich durch berührungslosen Energieeintrag mittels eines CO2-Lasers behandelt wird, dessen Intensität innerhalb einer Wechselwirkungszeit kleiner/gleich 50 ms so gesteuert wird, dass eine pyrolysefreie, geschmolzene und innerhalb dieses Zeitraumes erstarrte Oberfläche erhalten wird.Method for producing a component made of wood, the surface of which has defined molten and solidified areas, characterized in that the wood in the defined area is treated by contactless energy input by means of a CO 2 laser whose intensity is inside half an interaction time less than or equal to 50 ms is controlled so that a pyrolysis-free, molten and solidified within this period surface is obtained. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung an Luft, unter Raumtemperatur und Normaldruck durchgeführt wird.Method according to claim 1, characterized in that that the treatment in air, below room temperature and normal pressure carried out becomes. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Zusatzstoffe vor und/oder während des Schmelzprozesses in die geometrisch definierten Bereiche eingebracht werden.Method according to claim 1 or 2, characterized that additives before and / or during of the melting process introduced into the geometrically defined areas become. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzstoffe vor dem Schmelzprozess mittels Tränken, Tauchen oder Beschichten in die geometrisch definierten Bereiche eingebracht werden.Method according to claim 3, characterized that the additives before the melting process by soaking, dipping or coating in the geometrically defined areas are introduced. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzstoffe während des Schmelzprozesses mittels Gas oder Pulverstrahl in die geometrisch definierten Bereiche eingebracht werden.Method according to claim 3, characterized that the additives during the melting process by means of gas or powder jet in the geometric defined areas are introduced. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass für den Energieeintrag ein Impulslaser verwendet wird.Method according to one of claims 1 to 5, characterized that for the energy input a pulse laser is used. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil aus Holz über die definierten geschmolzenen Bereiche mit einem weiteren Holzteil verbunden wird.Method according to one of claims 1 to 6, characterized that the wooden part over the defined molten areas with another piece of wood is connected. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil aus Holz über die definierten geschmolzenen Bereiche mit anderen Komponenten verbunden wird.Method according to one of claims 1 to 7, characterized that the wooden part over the defined molten areas associated with other components becomes.
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