Verfahren zum Entlacken von Werkstücken, insbesondere Faserverbundwerkstücken

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungslosen groß­flächigen Entlackung von Lackschichten, insbesondere an Faser­verbundwerkstoffen, wobei optische Energie vorzugsweise von einem gepulsten Laser die zu entlackende Oberfläche so schnell erhitzt, daß die bestrahlte Fläche schneller abdampft als ab­sorbierte Energie in tiefere Schichten diffundiert und die damit verbundenen Lichtemissionen des abströmenden Plasmas zur Regulierung der Entlackungstiefe insbesondere bei Mehr­schichtsystemen ausgenutzt werden.

Beschreibung

[0001] In zunehmendem Maße ist es erforderlich, optimale Lacksysteme für die Aussenlackierung beispielsweise von Flugzeugen einzusetzen, die neben anderen wichtigen Eigenschaften eine sehr große Haftfestig­keit zu den Basiswerkstoffen aufweisen. Diese Forderung liegt be­gründet in der Zunahme der Korrosionsschäden an Metallen im Flug­betrieb 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 Bestand­teil bei der Bearbeitung der Korrosionsproblematik.

[0002] 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 Aufwnds bei den Flugzeugeig­nern nimmt jedoch mit zunehmender Größe des Faserverbundanteils im Flugzeug ab. Somit kommt der Entlackbarkeit von Faserverbund­werkstoffteilen 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 Entlak­kungsproblemen bei Aluminium-Strukturen.

[0003] Bekannte Verfahren zur Entlackung von Werkstücken sind derzeit die chemische Entlackung, die aber auf grund der verwendeten Stoffe sehr umweltschädigend ist und bei Werkstücken aus Faserverbundwerk­stoff nicht anwendbar ist. Auch mechanische Verfahren, wie die Granulatentlackung oder das aus der DE-PS 36 22 329 bekannte Ent­fernen von Farbschichten durch mechanische Einwirkung mit einer Nadelpistole sind bekannt, aber insbesondere bei dünnen Strukturen nicht anwendbar, sondern führen zu deren Zerstörung.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren insbesonders zur Entlackung von Faserverbundwerkstoffteilen und von mit sehr resistenten Lacken versehenen Aluminium-Legierungen anzugeben.

[0005] Die Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Ausgestaltungen sind Bestandteile von Unteransprüchen.

[0006] Im erfindungsgemäßen Verfahren kommt ein Excimer-Laser zur Anwen­dung, insbesondere ein gepulster Edelgashalogenid-Laser mit kurz­welliger 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 Reaktio­nen, zur drastischen Reduzierung der Erwärmung des den Lack tra­genden 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.

[0007] Bei erfindungsgemäßen Verfahren wird kein Einfluß auf das Grund­material 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 charak­teristischen Flammenerscheinung verbunden. Durch eine spektro­skopische 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 abströ­menden Plasmas werden zur Regulierung der Entlackungstiefe, ins­besondere bei Mehrschichtsystemen, mit einer Genauigkeit von besser 1 µm ausgenutzt. Eine exakte Steuerung der Abtragstiefe und eine schichtweise Entlackung wird so ermöglicht. Die Entlak­kungsrate (µm/Impuls) in Abhängigkeit von der Laserenergiedichte zeigt eine deutliche Schwelle, unterhalb der keine Entlackung möglich ist.

[0008] Bei der flächigen Entlackung ist ein wesentliches Problem die ge­naue Definition der Energiedichte. Daher ist eine möglichst gleich­förmige, homogene Energiedichteverteilung im fokussierten Laser­bündel anzustreben. Dazu können optische Mittel, beispielsweise Linsen, vorteilhaft verwendet werden.

[0009] Die Erfindung wird mit Hilfe von Figuren näher erläutert.

[0010] Es zeigen:

Fig. 1 Werte einer XeCl-Laserentlackung

Fig. 2 einen schematischen Versuchsaufbau

[0011] In der Fig. 1 ist die Entlackungsrate für einen XeCl-Laser auf­getragen. 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 0.26J/cm² der Arbeitspunkt bei 0.5J/cm² (dazugehörige Abtragungsrate: 0.36 µm/Impuls).

[0012] 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 0,47m*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. 7,8cm²/s möglich erscheinen. Diese Werte skalieren mit der Schichtdicke und beziehen sich auf eine sehr widerstandsfähige, hochelastische PUR-Lackschicht (60 µm).

[0013] XeCl-Laser und KrF-Laser besitzen eine deutlich höhere Sättigungs­rate als vergleichbare ArF-Lasere, deren Einsatzschwelle gering­fügig unter der von KrF- und XeCl-Lasern liegt. Daher sind KrF­und XeCl-Laser für das beschriebene Entlackungsverfahren günstiger. Die Entlackungsrate zeigt eine deutliche Schwelle, unterhalb der keine Entlackung möglich ist. Selbst bei einer Impulswiederhol­frequenz von 30 Hz findet keine deutliche Erwärmung der zu ent­lackenden Teile statt. Geschwindigkeitsbestimmend bei der Ent­lackung ist die Decklackschicht wegen ihrer geringeren Abtragungs­rate gegenüber dem Primer.

[0014] 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 üblicher­weise 20 Hz. Als Lasertypen kommen ArF, KrF und XeCl-Laser zur Anwendung.

Ansprüche

1. Verfahren zur berührungslosen großflächigen Entlackung von Lackschichten, insbesondere an Faserverbundwerkstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß optische Energie, vorzugsweise von einem gepulsten Laser, die zu ent­lackende Oberfläche so schnell erhitzt, daß der bestrahlte Lack schneller abdampft als absorbierte Energie in tiefere Schichten diffundiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtemissionen des abströmenden Plasmas oder das erzeugte Geräusch zur Regulierung der Entlackungstiefe insbesondere bei Mehrschichtsystemen ausgenutzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein in seiner Energie einstellbarer Excimer-Laser verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein ArF-Excimer-Laser verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein KrF-Excimer Laser verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein XeCl-Excimer-Laser verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtemissionen einer spektroskopischen Analyse unterworfen werden.

Zeichnung