DE3911329A1 - Verfahren zum entlacken von werkstuecken, insbesondere faserverbundwerkstuecken - Google Patents
Verfahren zum entlacken von werkstuecken, insbesondere faserverbundwerkstueckenInfo
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- B44D3/166—Implements or apparatus for removing dry paint from surfaces, e.g. by scraping, by burning by heating, e.g. by burning
Description
In zunehmendem Maße ist es erforderlich, optimale Lacksysteme für
die Außenlackierung beispielsweise von Flugzeugen einzusetzen, die
neben anderen wichtigen Eigenschaften eine sehr große Haftfestig
keit zu den Basiswerkstoffen aufweisen. Diese Forderung liegt be
gründet in der Zunahme der Korrosionsschäden an Metallen im Flug
betrieb und der Tatsache, daß das Haftungsverhalten der Lacke und
das Korrosionsschutzvermögen in engem Zusammenhang stehen. Die
Anwendung dieser Lackaufbauten wirft bei jeglicher Wartungs- und
Reparaturarbeit Probleme bei der Entlackung auf, da die Wirksamkeit
von herkömmlichen Beizmitteln nicht mehr ausreicht. Die Entwicklung
neuer Entlackungsverfahren ist deshalb mit ein wichtiger Bestand
teil bei der Bearbeitung der Korrosionsproblematik.
Für eine zweite Werkstoffgruppe, die faserverstärkten Kunststoffe,
nimmt die Entlackungsthematik in anderer Weise eine bedeutende
Rolle ein. Für diese Werkstoffe sind herkömmliche Abbeizmethoden
mit Beizmitteln nicht anwendbar. Aufwendige Schleifarbeiten sind
somit notwendig. Die Akzeptanz dieses Aufwands bei den Flugzeugeig
nern nimmt jedoch mit zunehmender Größe des Faserverbundanteils
im Flugzeug ab. Somit kommt der Entlackbarkeit von Faserverbund
werkstoffteilen mit fortschreitendem Einsatz dieser Werkstoffgruppe
eine zunehmende Bedeutung zu. Hinzu kommt das Verbot von Phenol,
einhergehend mit dem Einsatz von verstärkt chemisch resistenten
Lacksystemen. Dies führt zustätzlich auch zu gravierenden Entlac
kungsproblemen bei Aluminium-Strukturen.
Bekannte Verfahren zur Entlackung von Werkstücken sind derzeit die
chemische Entlackung, die aber aufgrund der verwendeten Stoffe
sehr umweltschädigend ist und bei Werkstücken aus Faserverbundwerk
stoff nicht anwendbar ist. Auch mechanische Verfahren, wie die
Granulatentlackung oder das aus der DE-PS 36 22 329 bekannte Ent
fernen von Farbschichten durch mechanische Einwirkung mit einer
Nadelpistole sind bekannt, aber insbesondere bei dünnen Strukturen
nicht anwendbar, sondern führen zu deren Zerstörung.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren insbesonders zur
Entlackung von Faserverbundwerkstoffteilen und von mit sehr
resistenten Lacken versehenen Aluminium-Legierungen anzugeben.
Die Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.
Ausgestaltungen sind Bestandteile von Unteransprüchen.
Im erfindungsgemäßen Verfahren kommt ein Excimer-Laser zur Anwen
dung, insbesondere ein gepulster Edelgashalogenid-Laser mit kurz
welliger Strahlungsemmision im Ultraviolett-Bereich. Im Gegensatz
zu CO2- und YAG-Hochleistungslasern, deren infrarote Strahlung bei
der Wechselwirkung mit Materie in thermische Energie umgesetzt
wird, kann der Excimer-Laser mit seiner wesentlich kurzwelligeren
Strahlung und der diesem Lasertyp eigenen photochemischen Reaktio
nen, zur drastischen Reduzierung der Erwärmung des den Lack tra
genden Basiswerkstoffes beitragen. Der Einsatz zur Bearbeitung
von Leichtmetall und von Faserverbundwerkstoffen wird hierdurch
grundsätzlich ermöglicht, ohne die Gefahr einer unerwünschten
Werkstoffschädigung in Kauf nehmen zu müssen.
Bei erfindungsgemäßen Verfahren wird kein Einfluß auf das Grund
material ausgeübt. Pro auf das Lacksystem ausgeübten Impuls wird
etwa 1 µm abgetragen, so daß jede einzelne Lackschicht, ohne das
darunterliegende Material zu schädigen, entfernt werden kann.
Dabei ist die Entlackung einer jeden Schicht mit einer charak
teristischen Flammenerscheinung verbunden. Durch eine spektro
skopische Analyse des entstehenden Plasmas wird die Steuerung
der örtlichen Entlackungstiefen vorgenommen. Die zu entlackende
Oberfläche wird so schnell erhitzt, daß die bestrahlte Fläche
schneller abdampft als absorbierende Energie in tiefere Schichten
diffundiert und die damit verbundenen Lichtemissionen des abströ
menden Plasmas werden zur Regulierung der Entlackungstiefe, ins
besondere bei Mehrschichtsystemen, mit einer Genauigkeit von
besser 1 µm ausgenutzt. Eine exakte Steuerung der Abtragstiefe
und eine schichtweise Entlackung wird so ermöglicht. Die Entlac
kungsrate (µm/Impuls) in Abhängigkeit von der Laserenergiedichte
zeigt eine deutliche Schwelle, unterhalb der keine Entlackung
möglich ist.
Bei der flächigen Entlackung ist ein wesentliches Problem die ge
naue Definition der Energiedichte. Daher ist eine möglichst gleich
förmige, homogene Energiedichteverteilung im fokussierten Laser
bündel anzustreben. Dazu können optische Mittel, beispielsweise
Linsen, vorteilhaft verwendet werden.
Die Erfindung wird mit Hilfe von Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 Werte einer XeCl-Laserentlackung
Fig. 2 einen schematischen Versuchsaufbau
In der Fig. 1 ist die Entlackungsrate für einen XeCl-Laser auf
getragen. Das Diagramm und die Tabelle zeigt die Abhängigkeit von
Entlackungsrate und Energiedichte. Ebenfalls sind die drei Bereiche
Schwelle, Arbeitspunkt und Sättigung zu erkennen. Die Schwelle
liegt bei 0.26 J/cm2 der Arbeitspunkt bei 0.5 J/cm2 (dazugehörige
Abtragungsrate: 0.36 µm/Impuls).
Vorzugsweise liegt der Arbeitspunkt zwischen 0.5 und 0.75 J/cm2
mit einer Entlackungsrate zwischen 0.36 und 0.35 µm/Impuls. Daraus
ergibt sich ein abgetragenes Volumen von etwa 0,47 m*cm2 pro Watt
Laserdurchschnittsleistung multipliziert mit der Zeiteinheit. Bei
derzeitig verwendeten Excimer-Lasern mit einer Leistung von 45 Watt
beträgt die Flächenrate 0.06 cm2/s. Zu erwartende Laserleistungen
von 500-1000 Watt lassen eine Flächenrate von ca. 7,8 cm2/s
möglich erscheinen. Diese Werte skalieren mit der Schichtdicke
und beziehen sich auf eine sehr widerstandsfähige, hochelastische
PUR-Lackschicht (60 µm).
XeCl-Laser und KrF-Laser besitzen eine deutlich höhere Sättigungs
rate als vergleichbare ArF-Lasere, deren Einsatzschwelle gering
fügig unter der von KrF- und XeCl-Lasern liegt. Daher sind KrF-
und XeCl-Laser für das beschriebene Entlackungsverfahren günstiger.
Die Entlackungsrate zeigt eine deutliche Schwelle, unterhalb der
keine Entlackung möglich ist. Selbst bei einer Impulswiederhol
frequenz von 30 Hz findet keine deutliche Erwärmung der zu ent
lackenden Teile statt. Geschwindigkeitsbestimmend bei der Ent
lackung ist die Decklackschicht wegen ihrer geringeren Abtragungs
rate gegenüber dem Primer.
Die Fig. 2 zeigt den schematisierten Aufbau einer Versuchsanordnung
zur Entlackung. Da die Radbereiche der Laseremmission inhomogen
sind, werden sie mit einer Rechteckblende ausgeblendet. Ein Teil
der Laserstrahlung, ca. 8%, wird mit einer Quarzplatte auf einen
Energiemeßkopf gelenkt. Während einer Entlackung wird die relative
Energie fortlaufend gemessen. Die Impulsfrequenz beträgt üblicher
weise 20 Hz. Als Lasertypen kommen ArF, KrF und XeCl-Laser zur
Anwendung.
Claims (6)
1. Verfahren zur berührungslosen großflächigen Entlackung von
Lackschichten, insbesondere an Faserverbundwerkstoffen,
dadurch gekennzeichnet, daß optische
Energie vorzugsweise von einem gepulsten Laser die zu ent
lackende Oberfläche so schnell erhitzt, daß der bestrahlte
Lack schneller abdampft als absorbierte Energie in tiefere
Schichten diffundiert und daß die damit verbundenen Lichtemis
sionen des abströmenden Plasmas zur Regulierung der Entlac
kungstiefe insbesondere bei Mehrschichtsystemen ausgenutzt
werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein in
seiner Energie einstellbarer Excimer-Laser verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein
ArF-Excimer-Laser verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein
KrF-Excimer Laser verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein
XeCl-Excimer-Laser verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Lichtemmissionen einer spektroskopischen Analyse unterworfen
werden.
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