Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln einer Oberfläche mit Infrarot-Laserlicht. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Behandeln einer mit einem Polymer beschichteten Oberfläche mit Nah-Infrarot- Laserlicht aus einer Laserquelle mit einer Pulsfluenz von 0,01 bis 50 J/cm2.

Viele Bauteile müssen gute Hafteigenschaften für einen aufzubringenden Lack aufweisen, damit die Lackierung eine hohe Lebensdauer hat. Insbesondere Flugzeugbauteile, die eine Außenhaut des Flugzeugs bilden, sind oft hohen Belastungen ausgesetzt, zum Beispiel starken Temperaturschwankungen und natürlich hohe Überströmungsgeschwindigkeiten. Diese äußeren Lackschichten müssen dauerhaft sehr gut auf dem Bauteil haften. Dafür ist es notwendig, die Oberfläche des Bauteils (Bauteilmaterial, Verbinder wie zum Beispiel Nietköpfe, Dichtungen, Scharniere, etc.), aber auch eine bereits vorhandene äußere Beschichtung (Grundierung, antistatische Farbe, Erosionsschutz, Korrosionsschutz, frühere Lackierung, etc.) einerseits zu reinigen (Entfernen von anhaftenden Verunreinigungen), und andererseits für die Lackierung vorzubereiten, d.h. die Oberfläche bzw. äußere Beschichtung zu aktivieren.

In bisherigen Vorbehandlungs- und Reinigungsprozessen wurde eine wasser- oder lösemittelbasierte Reinigung mit einem nachfolgenden Schleifprozess angewandt. Anschließend mussten noch Schleifrückstände in einem finalen Reinigungsprozess entfernt werden. Diese sehr arbeitsintensive Vorbehandlung von Flugzeugbauteilen ist nicht nur teuer, sondern erfordert meist auch den Einsatz von Chemikalien, die entsprechend aufgefangen, recycelt und/oder entsorgt werden müssen. Ferner kann in dem Schleifprozess die Dicke des abgetragenen Materials stark variieren, sodass unter Umständen eine Grundierung oder andere zuvor aufgebrachte Schichten beschädigt werden können.

Die DE 10 2009 029 915 Al schlägt vor, einen CO2-Laser einzusetzen und den damit erzeugten Laserstrahl über die Oberfläche eines Bauteils zu führen. Jedoch weist die Vorbehandlung mit einem CO2-Laser aufgrund der Wellenlänge potenziell einen größeren Lackabtrag auf. Dadurch kann es zu Veränderungen zumindest im Bereich der Oberfläche kommen, die aufgrund des großen Laserspots, wie er in der DE 10 2009 029 915 Al eingesetzt wird, sichtbare Veränderungen der Oberflächenstruktur ergeben, die selbst nach dem Aufträgen eines Lacks noch sichtbar sind und die Lackoptik beeinflussen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Vorbehandlung einer Oberfläche, insbesondere einer mit einem Polymer beschichteten Oberfläche, bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst.

Gemäß einem ersten Aspekt zum besseren Verständnis der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Vorrichtung zur Vorbehandlung einer Oberfläche eine Laserquelle, die dazu eingerichtet ist, ein Laserlicht zu emittieren, und eine Ablenkeinheit, die dazu eingerichtet ist, das Laserlicht als einen Laserstrahl auf die Oberfläche zu richten und über die Oberfläche entlang eines Pfades zu bewegen. Bei der Laserquelle kann es sich um einen üblichen Laser, beispielsweise einen industriell eingesetzten Laser handeln. Die Ablenkeinheit kann als optische Ablenkeinheit, zum Beispiel mit einem oder mehreren Spiegeln und/oder Prismen, implementiert werden.

Die Laserquelle ist dazu eingerichtet, einen Infrarot-Laserstrahl im Nah-Infrarot- Bereich zu erzeugen. Insbesondere kann die Laserquelle einen gepulsten Infrarot- Laserstrahl erzeugen, mit dem eine Pulsfluenz von 0,01 bis 50 J/cm2 erreicht wird. Bei der Pulsfluenz handelt es sich um die Flächenenergie des Laserstrahls während eines Pulses, also der Pulsenergie (J) pro Fokusdurchmesser (Querschnittsfläche des Laserstrahls bzw. Fläche des Laserpunkts). Beispielsweise kann die Pulsfluenz bevorzugt 0,1 bis 10 J/cm2 und besonders bevorzugt 0,5 bis 1 J/cm2 betragen.

Durch diese Pulsfluenz kann ein gezielter Energieeintrag in die Oberfläche erfolgen, beispielsweise eines Flugzeugbauteils, der zwar eine Aktivierung der Oberfläche ermöglicht. Jedoch wird die Oberfläche nicht in ihrer Tiefe (Schichtdicke) sowie das zugehörige Bauteil erwärmt. Dadurch können Veränderungen der Oberfläche aufgrund einer zu hohen thermischen Belastung vermieden werden.

Ferner bietet ein Nah-Infrarot-Laserstrahl, also ein Laserstrahl im kurzweiligen Infrarotbereich zwischen 810 bis 5.000 nm, den Vorteil, dass der thermische Energieeintrag in die gesamte zu behandelnde Oberfläche sehr gering ist. Vorzugsweise kann eine Laserquelle eingesetzt werden, die einen Laserstrahl mit einer Wellenlänge zwischen 950 und 1500 nm, besonders bevorzugt mit einer Wellenlänge von 1064 nm, erzeugt. Durch Verwendung des Nah-Infrarot-Laserstrahls in Kombination mit einer geeigneten Bearbeitungsstrategie können Beschädigungen oder sichtbare Oberflächenveränderungen vermieden werden. Zum Beispiel kann der Infrarot- Laserstrahl gezielt in Schichten mit Partikeln, die Infrarotlicht absorbieren, zur Aktivierung der Schicht eingesetzt werden. Diese Schichten können beispielsweise gezielt durch den Infrarot-Laserstrahl erhitzt werden, sodass sie sich zumindest teilweise ablösen und/oder zumindest teilweise von darunterliegenden Schichten ablösen.

Beispielsweise kann es sich bei der Oberfläche um eine mit einem Polymer beschichtete Oberfläche, wie zum Beispiel eine lackierte Oberfläche und/oder eine Partikel und/oder Pigmente aufweisende Oberfläche, handeln. Um nur einen Teil der Polymerschicht abzutragen, kann die Pulsfluenz des Laserstrahls so eingestellt sein, dass die polymere Schichtdicke am Ort der erfolgten Lasereinwirkung >= 50 %, bevorzugt >= 75 %, besonders bevorzugt >= 90% der ursprünglichen (unbehandelten) polymeren Schichtdicke beträgt. Mit anderen Worten werden maximal 50 %, bevorzugt maximal 25 % und besonders bevorzugt maximal 10 % der ursprünglichen polymeren Schicht abgetragen. Selbstverständlich kann auch die gesamte polymere Schicht am Ort der erfolgten Lasereinwirkung entfernt werden.

Durch den Nah-Infrarot-Laserstrahl mit der genannten Pulsfluenz kann somit nur eine sehr dünne Schicht oder ein kleiner äußerer Teil einer obersten, außenliegenden Schicht aktiviert werden. Unter Aktivierung wird hier die Entfernung eines (sehr dünnen) außenliegenden Teils einer Schicht verstanden, wodurch die Schicht bessere Hafteigenschaften für anschließend darauf aufgebrachte andere Schichten, zum Beispiel eine (weitere) Lackierung, bekommt. Mit anderen Worten wird eine vorhandene Schicht zumindest teilweise abgelöst, die von außen betrachtet erste Partikel aufweist, welche durch das Infrarotlicht angeregt werden.

Eine Schicht, die Partikel aufweist, ist insbesondere eine ein Polymer umfassende Schicht, womit die Oberfläche beschichtet ist. Die Polymerschicht kann beispielsweise Füllstoffe umfassen, die eine heterogene Absorption des Laserlichts bewirken. Zum Beispiel kann die Polymerschicht eine bereits vorhandene Lackierung auf der Oberfläche sein. Für gewöhnlich werden hier verschiedenste Partikel oder Lackpigmente eingesetzt, wie zum Beispiel Titandioxid (für helle oder weiße Farben) bis hin zu Rußpartikel (für dunkle oder schwa rze/g raue Farben). Diese Partikel/Pigmente eignen sich sehr gut, das Infrarot-Laserlicht zu absorbieren und somit die Schicht zu aktivieren. Die Partikel/Pigmente können bei der genannten Pulsfluenz zu Ablösungen innerhalb der Schicht sowie von dem darunterliegenden Schichtmaterialführen. Beispielsweise können die Partikel/Pigmente unter dem Einfluss des Laserlichts ihre Konsistenz ändern, wodurch sich ein Teil der Schicht in der Nähe der Partikel/Pigmente löst und/oder sich die Partikel/Pigmente von dem darunterliegenden Schichtmaterial entfernen (lassen). Damit wird eine dünne und gleichmäßige Behandlung der Oberfläche ermöglicht.

Auch können Verunreinigungen auf der äußersten Schicht des Bauteils durch den Nah-Infrarot-Laserstrahl thermisch aktiviert werden, wodurch die Verunreinigungen entfernt werden. Eine darunterliegende Schicht, insbesondere eine für Infrarotlicht transparente Schicht, wird durch den Laserstrahl nicht aktiviert und verbleibt somit auf dem Bauteil.

Ferner kann bei einer Grundierung (Primer) oder einer anderen Grundlackierung die äußerste Oberflächenschicht für Infrarotlicht (teil-) transparent sein, bevor in Dickenrichtung der Schicht betrachtet Farbpigmente erscheinen. Mithilfe eines Nah- Infrarot-Laserstrahls kann somit die äußerste transparente Schicht der Grundierung oder Grundlackierung entfernt werden, indem die „erste Lage" Grundierung bis zu oder einschließlich der Farbpigmente thermisch aktiviert wird. Die so vorbehandelte Oberfläche des Bauteils weist sehr gute Hafteigenschaften für eine nachfolgend aufgebrachte Lackierung auf.

In einer Implementierungsvariante kann die Laserquelle ferner dazu eingerichtet sein, den Infrarot-Laserstrahl und/oder die Pulsfluenz so einzustellen, dass die von dem Infrarot-Laserstrahl bearbeitete Oberfläche eine mikroskopische Vergrößerung der effektiven Oberfläche um >=5 %, bevorzugt >= 25 % und besonders bevorzugt >= 50 % erfährt. Die mikroskopische Vergrößerung der effektiven Oberfläche ist hier im Vergleich zur ursprünglichen (unbehandelten) polymeren Oberfläche zu betrachten.

Lediglich als Beispiel kann eine Laserquelle mit einer mittleren Leistung zwischen 5 und 1000 W, vorzugsweise eine Laserquelle mit 50 bis 500 W, eingesetzt werden. Solch eine Laserquelle ist besonders kompakt und somit leicht, wodurch die Vorrichtung insgesamt einfacher konzipiert werden kann.

In einer Implementierungsvariante kann die Vorrichtung ferner mindestens einen Roboterarm umfassen, an dem die Ablenkeinheit befestigt ist. Der mindestens eine Roboterarm kann dazu eingerichtet sein, eine Bewegung relativ zu der Oberfläche auszuführen. Damit lässt sich die Ablenkeinheit über einen großen Bereich der Oberfläche oder des die Oberfläche umfassenden Bauteils oder das gesamte Bauteil bewegen. Die behandelbare Fläche auf dem Bauteil ist somit nicht allein durch die Ablenkeinheit definiert. Ferner lässt sich durch einen Roboterarm, der um drei Achsen beweglich ist, die Ablenkeinheit immer optimal auf die Oberfläche des Bauteils ausrichten. Insbesondere kann ein Abstand zwischen Ablenkeinheit und Oberfläche des Bauteils sowie ein Einfallwinkel des Laserstrahls auf die Oberfläche des Bauteils möglichst konstant gehalten werden. Beispielsweise kann der Einfallwinkel des Laserstrahls auf die Oberfläche des Bauteils möglichst bei 90° gehalten werden, beispielsweise innerhalb eines Bereichs zwischen 85° und 95°.

Alternativ oder zusätzlich kann die Vorrichtung einen Arbeitstisch umfassen, an dem ein die Oberfläche umfassendes Bauteil befestigt ist. Dabei kann der Arbeitstisch dazu eingerichtet sein, mindestens eine zweidimensionale Bewegung relativ zu der Ablenkeinheit auszuführen. Die Bewegung kann selbstverständlich auch relativ zu dem Roboterarm ausgeführt werden. Dadurch lässt sich der behandelbare Bereich der Oberfläche des Bauteils weiter vergrößern, insbesondere für den Fall, dass ein Roboterarm allein nicht alle Bereiche der Oberfläche des Bauteils erreichen kann.

In einer anderen Implementierungsvariante kann die Vorrichtung ferner eine optische Faserleitung umfassen, die zwischen der Laserquelle und der Ablenkeinheit angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, das Laserlicht der Laserquelle zu der Ablenkeinheit zu leiten. Die optische Faserleitung kann beispielsweise in Form eines Glasfaserkabels implementiert sein. Durch die Faserleitung kann die meist schwerere und komplexere Laserquelle von der Ablenkeinheit örtlich getrennt werden, wodurch eine Bewegung der Ablenkeinheit über die Oberfläche des Bauteils erleichtert wird. Im Zusammenspiel mit einem Roboterarm ist eine optische Faserleitung besonders vorteilhaft, da die optische Faserleitung die Bewegung des Roboterarms leicht begleiten kann. Im Gegensatz zu herkömmlichen CO2-Lasern lässt sich Nah-Infrarot- Laserlicht durch eine optische Faserleitung führen. Zudem sind CO2-Laserquellen meist komplexer und damit schwerer in ihrem Aufbau. Der hier vorgeschlagene Einsatz von Nah-Infrarot-Laserlicht bietet somit viele Vorteile, insbesondere bei der Automatisierung der Vorbehandlung großer Flugzeugbauteile.

In einer Implementierungsvariante kann die Laserquelle ferner dazu eingerichtet sein, den Infrarot-Laserstrahl mit einer Pulslänge oder Pulsdauer von 0,01 bis 10.000 ns von 0,1 bis 10.000 ns, von 1 bis 10.000 ns, von 1 bis 1000 ns, oder 10 bis 1000 ns, oder einem Bereich mit einer Kombination dieser Bereichswerte, vorzugsweise 1 bis 1000 ns, zu erzeugen. Dadurch lässt sich der Gesamtleistungseintrag in die Oberfläche feiner steuern. In einer weiteren Implementierungsvariante kann die Ablenkeinheit ferner dazu eingerichtet sein, einen Laserpunkt auf der Oberfläche mit einem Durchmesser zwischen 1 und 10.000 pm, vorzugsweise zwischen 10 und 1.000 pm und besonders bevorzugt zwischen 10 und 100 pm, zu erzeugen. Ein so kleiner Laserpunkt ermöglicht eine gleichmäßige Behandlung der Oberfläche, unabhängig von deren Oberflächenstruktur. Beispielsweise sind Flugzeugbauteile mit Befestigungsmitteln, zum Beispiel Nieten, zusammengesetzt. Die Nietköpfe stellen jedoch eine Erhebung auf der Oberfläche des Flugzeugbauteils dar. Durch den sehr kleinen Laserpunkt kann der Laserstrahl optimal auf jeden Abschnitt des Flugzeugbauteils, einschließlich solcher Befestigungsmittel und anderer räumlich von der Oberfläche abweichender Elemente, ausgerichtet werden. Gerade im Vergleich zu herkömmlichen Schleifprozessen, bei denen im Fall einer unsachgemäßen Anwendung an solchen Erhebungen mehr Material abgetragen werden kann, zeigt sich der Vorteil eines Nah- Infrarot-Lasers.

Ferner kann die Laserquelle dazu eingerichtet sein, eine Energieverteilung auf dem Laserpunkt im Fokus des Laserstrahls gemäß einem bestimmten Profil einzustellen. Zum Beispiel kann die Energieverteilung als Flattop-Profil oder ein Gauß-Profil eingestellt werden. Zudem kann die Laserquelle auch dazu eingerichtet sein, ein rundes oder eckiges Strahlprofil einzustellen.

In noch einer weiteren Implementierungsvariante kann die Vorrichtung ferner mindestens einen Sensor umfassen, der dazu eingerichtet ist, eine Oberflächenbeschaffenheit der Oberfläche zu erkennen. Beispielsweise kann der Sensor dazu eingerichtet sein, Laserlicht, das von der Oberfläche reflektiert wird, zu erfassen und auszuwerten. So kann zum Beispiel eine Ausrichtung der Oberfläche ermittelt werden, wonach eine Ausrichtung des Laserstrahls angepasst werden kann. Ebenso können auch Verschmutzungen oder eine Farbe der äußeren Schicht der Oberfläche ermittelt werden, wonach Laserparameter (Frequenz, Pulslänge, Laserpunktgröße, Wellenlänge, Fluenz, etc.) durch die Laserquelle eingestellt werden können, um eine optimale Bearbeitung/Aktivierung der Oberfläche zu erzielen.

In einer weiteren Implementierungsvariante kann die Ablenkeinheit ferner dazu eingerichtet sein, den Laserpunkt entlang des Pfades schrittweise zu bewegen, wobei ein zeitlich früherer Laserpunkt von einem zeitlich nachfolgenden Laserpunkt räumlich überlappt wird. Die Ablenkeinheit wird dabei so gesteuert, dass der Laserstrahl immer einen Punkt auf der Oberfläche trifft, wobei zeitlich nachfolgende Punkte eine Schnittfläche (Überlappungsfläche) aufweisen. Auf die Schnittfläche wirkt häufiger Energie durch den Laserstrahl ein, da diese Fläche mehrfach vom Laserstrahl behandelt wird, wodurch die auf/in die Oberfläche gebrachte Laserleistung akkumuliert wird. Durch Variieren der Größe der Schnittfläche, also Variieren einer Schrittgröße der schrittweisen Bewegung des Laserpunkts, kann der Energieeintrag in die Oberfläche zumindest teilweise mitbestimmt werden.

Alternativ oder zusätzlich kann in einer weiteren Implementierungsvariante die Ablenkeinheit ferner dazu eingerichtet sein, den Laserpunkt entlang des Pfades zeilenweise zu bewegen. Beispielsweise kann eine vorgegebene Fläche durch zeilenweise angeordnete Laserpunkte behandelt werden. Dabei können aufeinander folgende Laserpunkte schlangenförmig durch die Zeilen geführt werden (also entlang eines durchgehenden S-förmigen Pfades, wobei die Scanrichtung in benachbarten Zeilen umgekehrt ist). Alternativ können aufeinander folgende Laserpunkte durch die Zeilen mit immer gleicher Scanrichtung geführt werden.

Ferner kann ein zeitlich früherer Laserpunkt einer ersten Zeile von einem zeitlich nachfolgenden Laserpunkt einer zweiten Zeile räumlich überlappt werden. Mit anderen Worten bilden ein Laserpunkt einer ersten Zeile und ein Laserpunkt einer benachbarten zweiten Zeile eine Schnittfläche (Überlappungsfläche). Auf die Schnittfläche wirkt mehr Energie durch den Laserstrahl ein, da diese Fläche mehrfach vom Laserstrahl behandelt wird. Durch Variieren der Größe der Schnittfläche, also Variieren eines Zeilenabstands der zeilenweisen Bewegung des Laserpunkts, kann der Energieeintrag in die Oberfläche zumindest teilweise mitbestimmt werden.

Beispielsweise kann ein Zeilenabstand zwischen zwei benachbarten Zeilen des Pfades zwischen 0,001 und 10 mm, vorzugsweise zwischen 0,01 und 1 mm, und besonders bevorzugt zwischen 0,01 und 0,1 mm, liegt. Dabei kann ein kleiner Abstand zwischen den Zeilen gewählt werden, wenn die Leistung des Lasers, und die dadurch erzielte Pulsfluenz, geringer eingestellt ist. So kann zum Beispiel ein Zeilenabstand auf 0,01 mm bei einer Laserleistung von 10 W eingestellt werden. In einem weiteren Beispiel kann bei einer Laserleistung von 100 W der Zeilenabstand auf 0,05 mm eingestellt werden. Bei einer beispielhaften Laserpunktgröße von 100 pm, also 0,1 mm, fallen die Überlappungsflächen entsprechend größer bzw. kleiner aus.

Selbstverständlich kann der Zeilenabstand auch von einer Laserpunktgröße (Fläche oder Durchmesser des Laserpunkt) abhängen. Beispielsweise kann ein Vorschub zwischen zwei Zeilen zwischen 5 und 95 %, vorzugsweise zwischen 30 und 60 %, der Laserpunktgröße betragen. In einer anderen im Implementierungsvariante kann die Laserquelle ferner dazu eingerichtet sein, den gepulsten Laserstrahl mit einer Frequenz zwischen 50 kHz und 10 MHz (10.000 kHz), vorzugsweise mit einer Frequenz von 150 kHz, zu erzeugen. Der so gepulste Laserstrahl ermöglicht, den akkumulierten Energieeintrag pro Fläche (der Oberfläche) gezielt bestimmen zu können. Damit kann eine gleichmäßige Oberflächenbehandlung erzielt werden.

Ferner kann zum Beispiel die Ablenkeinheit dazu eingerichtet sein, den Laserpunkt entlang des Pfades so zu bewegen, dass der gepulste Laserstrahl auf jeden Laserpunkt zwischen 1 und 15 mal, vorzugsweise zwischen 2 und 5 mal, emittiert wird. Mit anderen Worten wird der gepulste Laserstrahl auf einen bestimmten Laserpunkt mehrfach emittiert, bevor die Ablenkeinheit den Laserstrahl auf den nächsten benachbarten Laserpunkt lenkt. Durch die Häufigkeit der Behandlung derselben Fläche auf der Oberfläche mit dem Laserstrahl wird ebenfalls der akkumulierte Energieeintrag pro Fläche bestimmt. Durch Variieren der Häufigkeit des Auftreffens eines Laserstrahls auf denselben Laserpunkt (dieselbe Fläche) kann die Behandlung der Oberfläche bestimmt werden.

In einer weiteren Implementierungsvariante kann die Ablenkeinheit ferner dazu eingerichtet sein, den Laserstrahl mit einer Scangeschwindigkeit zwischen 100 und 1.000.000 mm/s, vorzugsweise zwischen 500 und 500.000 mm/s und besonders bevorzugt zwischen 500 und 500.000 mm/s, entlang des Pfades zu bewegen. Die Scangeschwindigkeit des Laserstrahls kann zum Beispiel der Bewegung des Laserpunkt innerhalb einer Zeile entsprechen.

Je nach Implementierungsvariante können verschiedene Pfadparameter und/oder Laserparameter variiert werden, um einen gewünschten akkumulierten Energieeintrag in die Oberfläche zu erzielen. Beispielsweise kann dadurch eine Schichtdicke, die auf der Oberfläche des Bauteils abgetragen wird, bestimmt werden. Zu den Pfadparametern zählen eine Fortschrittgeschwindigkeit des Lasers (Scangeschwindigkeit), ein Abstand zwischen Zeilen des Pfades, ein Abstand zwischen Laserpunkten entlang des Pfades und somit eine Größe von Überlappungsbereichen benachbarter Laserpunkte. Zu den Laserparametern gehören die Fluenz des Lasers, eine Pulslänge des Lasers, eine Pulsfrequenz, eine Laserpunktgröße (beispielsweise Durchmesser), die Wellenlänge des Laserlichts.

Lediglich beispielhaft kann die Ablenkeinheit ferner dazu eingerichtet sein, den Pfad über die Oberfläche so zu bestimmen, dass die Laser-Fluenz (die Bestrahlung) auf die Oberfläche zwischen 800 und 9000 mJ/cm ² beträgt. Dabei können verschiedene Pfadparameter und/oder Laserparameter variiert werden, um die gewünschte Laser- Fluenz zu erzielen.

In noch einer weiteren Implementierungsvariante kann die Vorrichtung ferner eine Absaugeinrichtung umfassen. Die Absaugeinrichtung kann insbesondere nahe der Ablenkeinheit und/oder in der Nähe der zu behandelnden Oberfläche angeordnet sein, um Abtragsprodukte, also Material, das sich von der Oberfläche durch die Lasereinwirkung löst, zu entfernen. Dies reduziert einerseits den anschließend notwendigen Reinigungsaufwand der Oberfläche. Andererseits wird auch verhindert, dass die Ablenkeinheit oder andere optische Elemente verschmutzen.

Ferner kann die Vorrichtung noch ein Gebläse umfassen, welches gegenüber der Absaugeinrichtung angeordnet ist, sodass die Ablenkeinheit oder zumindest der Laserstrahl zwischen Gebläse und Absaugeinrichtung liegt/liegen. Dadurch wird eine Luftströmung oberhalb der Oberfläche erzeugt, um eine effiziente Entfernung der Abtragsprodukte zu gewährleisten.

Gemäß einem weiteren Aspekt zum besseren Verständnis der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Verfahren zur Behandlung einer mit einem Polymer beschichteten Oberfläche, beispielsweise eines lackierten Flugzeugbauteils, die folgenden Schritte:

- Emittieren eines gepulsten Laserlichts durch eine Laserquelle, die dazu eingerichtet ist, einen Infrarot-Laserstrahl im Nah-Infrarot-Bereich mit einer Pulsfluenz von 0,01 bis 50 J/cm2 zu erzeugen;

- Ausrichten des Laserlichts, durch eine Ablenkeinheit, als einen Laserstrahl auf die Oberfläche; und

- Bewegen des Laserlichts, durch die Ablenkeinheit, über die Oberfläche entlang eines Pfades.

In einer weiteren Implementierungsvariante kann das Verfahren ferner ein Erzeugen, durch die Ablenkeinheit, eines Laserpunkts auf der Flugzeugbauteiloberfläche mit einem Durchmesser zwischen 1 und 10.000 pm, vorzugsweise mit einem Durchmesser zwischen 10 und 1.000 pm und besonders bevorzugt zwischen 10 und 100 pm, umfassen.

In noch einer weiteren Implementierungsvariante kann das Verfahren ferner den, durch die Ablenkeinheit ausgeführten, Schritt des Erzeugens eines Laserpunkts auf der Oberfläche umfassen. Zusätzlich kann gemäß dem Verfahren die Ablenkeinheit noch ein Bewegen des Laserpunkts entlang des Pfades in Schritten umfassen, wobei ein zeitlich früherer Laserpunkt von einem zeitlich nachfolgenden Laserpunkt räumlich überlappt wird. Alternativ oder zusätzlich kann gemäß dem Verfahren die Ablenkeinheit ein Bewegen des Laserpunkts entlang des Pfades in Zeilen umfassen, wobei ein zeitlich früherer Laserpunkt einer ersten Zeile von einem zeitlich nachfolgenden Laserpunkt einer zweiten Zeile räumlich überlappt wird.

In einer anderen Implementierungsvariante kann das Verfahren ferner ein Lackieren eines Bereichs der Oberfläche (des Flugzeugbauteils) umfassen, wobei der Bereich zuvor durch das Laserlicht behandelt wurde. Mit anderen Worten dienen die zuvor durchgeführten Verfahrensschritte zur Behandlung der Oberfläche (des Flugzeugbauteils) durch das Laserlicht als Vorbehandlung zumindest eines bestimmten Bereichs der Oberfläche (des Flugzeugbauteils). Die somit erzielte Oberflächenbeschaffenheit in dem zumindest einen bestimmten Bereich ermöglicht sehr gute Hafteigenschaften für das nachfolgend durchgeführte Lackieren (des Flugzeugbauteils). Dies kann einerseits durch Reinigung der Oberfläche (Entfernen von Verunreinigungen) und andererseits durch Verändern der Oberfläche (Aktivieren für anschließendes Lackieren) erzielt werden.

Ferner können die oben beschriebenen Aspekte und Implementierungsvarianten selbstverständlich kombiniert werden, ohne dass dies explizit beschrieben ist. Jede der beschriebenen Implementierungsvarianten ist somit optional zu jedem der Aspekte, Ausgestaltungen und Varianten oder bereits Kombinationen davon zu sehen. Die vorliegende Offenbarung ist somit nicht auf die einzelnen Ausgestaltungen und Implementierungsvarianten in der beschriebenen Reihenfolge oder einer bestimmten Kombination der Aspekte und Implementierungsvarianten beschränkt.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert, wobei:

Figur 1 schematisch eine Vorrichtung zur Vorbehandlung einer Flugzeugbauteiloberfläche zeigt;

Figur 2 schematisch verschiedene Zustände während einer Behandlung einer Oberfläche eines Flugzeugbauteils zeigt;

Figur 3 schematisch die Bewegung eines Laserlichts entlang eines Pfades zeigt; und Figur 4 schematisch ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Vorbehandlung einer Flugzeugbauteiloberfläche zeigt.

Figur 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung 100 zur (Vor-) Behandlung einer Oberfläche 11, insbesondere eine Oberfläche 11 eines Flugzeugbauteils 10. Die Vorrichtung 100 umfasst eine Laserquelle 110, die ein gepulstes Laserlicht emittiert. Die Vorrichtung 100 umfasst ferner eine Ablenkeinheit 115, die dazu eingerichtet ist, das Laserlicht der Laserquelle 110 als einen Laserstrahl 111 auf die Oberfläche 11 des Flugzeugbauteils 10 zu richten. Ferner bewegt die Ablenkeinheit 115 den Laserstrahl 111 über die Oberfläche 11 des Flugzeugbauteils 10 entlang eines Pfades 40 (siehe Figuren 2 und 3).

Die Ablenkeinheit 115 kann an einem Roboterarm 150 der Vorrichtung 100 befestigt sein. Der Roboterarm 150 kann dabei dazu eingerichtet sein, eine Bewegung relativ zu dem Flugzeugbauteil 10 auszuführen. Mit anderen Worten kann der Roboterarm 150 die Ablenkeinheit 115 relativ zu dem Flugzeugbauteil 10 bewegen, sodass die Ablenkeinheit 115 wenigstens einen Teil der Oberfläche 11 des Flugzeugbauteils 10 mit dem Laserstrahl 111 erreicht, ohne dass das Flugzeugbauteil 10 bewegt wird.

Alternativ oder zusätzlich kann auch das Flugzeugbauteil 10 bewegt werden. Zum Beispiel kann es an einem Arbeitstisch 160 befestigt sein oder darauf angebracht sein. Der Arbeitstisch 160 kann dazu eingerichtet sein, eine Bewegung relativ zu der Ablenkeinheit 115 bzw. dem Roboterarm 150 auszuführen. Dadurch wird der Bereich vergrößert, in dem die Ablenkeinheit 115 die Oberfläche 11 des Flugzeugbauteils 10 erreicht, beispielsweise die gesamte Flugzeugbauteiloberfläche 11.

Durch die Relativbewegung zwischen Flugzeugbauteil 10 und Ablenkeinheit 115 kann der Laserstrahl 111 möglichst optimiert auf die Oberfläche 11 des Flugzeugbauteils 10 ausgerichtet werden. Zum Beispiel umfassen Flugzeugbauteile 10 oft Befestigungsmittel, wie zum Beispiel Nieten 20, die von der Oberfläche 11 des Flugzeugbauteils hervorstehenden. Ebenso können auch Vertiefungen 15 oder andere strukturelle Veränderungen der ansonsten glatten und/oder ebenen Oberfläche 11 vorliegen. Eine optimale Ausrichtung des Laserstrahls 111 (ein optimaler Einfallwinkel) auf die Oberfläche 11 liegt zum Beispiel in einem Bereich um die 90° (im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche 11). Mithilfe des Arbeitstisches 160 und/oder des Roboterarms 150 und/oder den optischen Bauteilen der Ablenkeinheit 115 kann der Laserstrahl 111 auch im Bereich von Nieten 20, Vertiefungen 15 oder anderen Bereichen, in denen die Oberfläche 11 in eine andere Richtung ausgerichtet ist als in übrigen Bereichen, einen optimalen Einfallwinkel auf die Oberfläche 11, 15, 20 haben.

Die Vorrichtung 100 kann ferner eine optische Faserleitung 111 umfassen, die zwischen der Laserquelle 110 und der Ablenkeinheit 115 angeordnet ist. Das von der Laserquelle 110 erzeugte Laserlicht kann durch die optische Faserleitung 116 zu der Ablenkeinheit 115 geleitet werden.

Die Laserquelle 110 ist dazu eingerichtet, einen Infrarot-Laserstrahl 111 im Nah- Infrarot-Bereich zu erzeugen. Insbesondere kann die Laserquelle 110 einen Laserstrahl 111 mit einer Wellenlänge von 1064 nm erzeugen. Ferner ist die Laserquelle 110 dazu eingerichtet, den Laserstrahl 111 mit einer Pulsfluenz von 0,01 bis 50 J/cm2 zu erzeugen.

Die Ablenkeinheit 115 kann dazu eingerichtet sein, den Pfad 40 über die Oberfläche des Flugzeugbauteils 10 so zu bestimmen, dass ein akkumuliert Energieeintrag in die Oberfläche 11 des Flugzeugbauteils 10 zu einer Aktivierung der Oberfläche führt. Die so auf/in die Oberfläche 11 eingetragene Energie führt zur Erwärmung der Oberfläche 11, wodurch sich Oberflächenmaterial ablöst, wie dies durch eine Verdampfung/Ablösung 120 schematisch dargestellt ist. Diese Verdampfung 120 von Oberflächenmaterial entspricht einer (Vor-) Behandlung der Oberfläche 11 des Flugzeugbauteils 10.

Die bei der Verdampfung 120 erzeugten Abtragsprodukte, also Material, das sich von der Oberfläche 11 des Flugzeugbauteils 10 durch die Lasereinwirkung löst, kann durch eine Absaugeinrichtung 170 entfernt werden. Die Absaugeinrichtung 170 kann beispielsweise auch an einem Roboterarm 150 befestigt sein. Dabei kann es sich um denselben Roboterarm 150 handeln, an dem die Ablenkeinheit 115 befestigt ist, oder um einen separaten Roboterarm (nicht dargestellt).

In Figur 2 sind verschiedene Behandlungen der Flugzeugbauteiloberfläche 11 dargestellt. So kann beispielsweise, wie es in den Ansichten a) und b) der Figur 2 gezeigt ist, eine Verunreinigung 30 in Form einer Vielzahl von an der Oberfläche 11 anhaftenden Partikeln vorliegen. Die Ablenkeinheit 115 kann nun den Laserstrahl 111 im Wesentlichen senkrecht zum Flugzeugbauteil 10 entlang des Pfades 40 führen.

Die Energie des Nah-Infrarot-Laserstrahls 111 erhitzt die Partikel 30, wodurch diese verdampfen (120) oder zumindest von der Oberfläche 11 des Flugzeugbauteils 10 abplatzen. Alternativ oder zusätzlich kann der Nah-Infrarot-Laserstrahl 111 auch so eingestellt sein, dass er in eine obere (äußere) Schicht 12 auf dem Flugzeugbauteil 10 eindringt und diese Schicht 12 ablöst (120), wie dies in Ansicht c) der Figur 2 dargestellt ist. Bei der Schicht 12 kann es sich (in Schichtdickenrichtung betrachtet, also in Figur 2 von oben nach unten) auch nur um einen Teil einer auf das Flugzeugbauteil 10 aufgebrachten Schicht handeln, wie zum Beispiel einem dünnen Teilbereich einer Grundierung oder bereits vorhandenen Lackierung. Dieser dünne Teil 12 der Schicht kann zum Beispiel dadurch abgelöst werden, dass der Laserstrahl 111 die (von außen betrachtet) ersten Pigmente in der auf dem Flugzeugbauteil 10 aufgebrachten Schicht erhitzt, wodurch diese von einem darunterliegenden Teil der aufgebrachten Schicht abplatzen. Der darunterliegende Teil der aufgebrachten Schicht verbleibt auf dem Flugzeugbauteil 10. Dadurch kann eine sehr gute Aktivierung der Oberfläche 11 des Bauteils 10 für anschließende Behandlungen, zum Beispiel Aufbringen einer weiteren oder erneuten Lackierung, erzielt werden. Selbstverständlich können sowohl Partikel 30 von der Oberfläche als auch die Schicht 12 in einem Arbeitsschritt durch den Laserstrahl 111 entfernt werden.

In der Ansicht d) der Figur 2 ist eine Behandlung der Oberfläche 11 des Flugzeugbauteils 10 schematisch dargestellt, wobei der Laserstrahl 111 eine Oberflächenstruktur 14 erzeugt. Beispielsweise kann die durch den Laserstrahl 111 eingebrachte Erhitzung 120 der Oberfläche 11 bis zu einer bestimmten Tiefe erfolgen. Insbesondere durch Erhöhung der in die Oberfläche 11 eingebrachten akkumulierten Energie und somit Erhitzung 120 kann die Dicke der Schicht 12, die abgetragen wird, verändert werden. Indem verschiedene Schichtdicken in bestimmten Bereichen abgetragen werden, lässt sich eine Oberflächenstruktur 14 erzeugen.

Insbesondere ist die Ablenkeinheit 115 dazu eingerichtet, einen Laserpunkt 111-1 bis 111-n auf der Flugzeugbauteiloberfläche 11 zu erzeugen und beispielsweise diesen Laserpunkt 111-1 bis 111-n entlang eines Pfades 40 zu führen. Dies ist beispielhaft in Figur 3 näher dargestellt. Jeder Laserpunkt 111-1 bis 111-n kann beispielsweise einen Durchmesser 112 zwischen 1 und 10.000 pm, zum Beispiel einen Durchmesser

112 von 100 pm, aufweisen. Der Mittelpunkt dieses Laserpunkts wird nun entlang des Pfades 40 geführt, wobei der Laserpunkt 111-1 bis 111-n schrittweise bewegt wird. Dabei kann ein zeitlich früherer Laserpunkt 111-1 von einem zeitlich nachfolgenden Laserpunkt 111-2 räumlich überlappt werden, also eine Überlappungsfläche 113 aufweisen. Insbesondere im Bereich der Überlappungsfläche

113 trifft der Laserstrahl 111 die Oberfläche 11 mehrfach, wodurch mehr Energie in die Oberfläche 11 eingebracht wird. Mit anderen Worten kann die in die Oberfläche

II eingebrachte akkumulierte Energie gezielt durch die Größe der Überlappungsfläche 113, genauer gesagt der Schrittweite zwischen zwei benachbarten Laserpunkten, bestimmt werden.

Zum Beispiel kann die Laserquelle 110 den Laserstrahl 111 als gepulsten Laserstrahl

III mit einer Frequenz zwischen 50 kHz und 10 MHz, vorzugsweise mit einer Frequenz von 150 kHz, erzeugen. Die Ablenkeinheit 115 kann den Laserpunkt 111-1 bis 111-n entlang des Pfades 40 so bewegen, dass der gepulste Laserstrahl 111 auf jeden Laserpunkt 111-1 bis 111-n mit einer bestimmten Häufigkeit auftrifft. Zum Beispiel kann der Laserstrahl 111 auf die Oberfläche 1 bis 15 mal pro Laserpunkt 111-1 bis 111-n, vorzugsweise zwischen 2 und 5 mal, emittiert werden, also auf die Oberfläche 11 auftreffen. Lediglich beispielhaft kann die Ablenkeinheit 115 dazu eingerichtet sein, den Laserstrahl 111 mit einer Scangeschwindigkeit zwischen 100 und 1.000.000 mm/s, vorzugsweise zwischen 500 und 500.000 mm/s und besonders bevorzugt zwischen 500 und 500.000 mm/s, entlang des Pfades 40 bewegen. In Verbindung mit der Frequenz des Laserstrahls 111 der Laserquelle 110 kann so die Häufigkeit des Auftreffens des Laserstrahls 111 auf einen Laserpunkt 111-1 bis 111-n bestimmt werden.

In Figur 3 ist ferner dargestellt, dass die Ablenkeinheit 115 den Laserstrahl 111 entlang des Pfades 40 zeilenweise bewegen kann. Lediglich beispielhaft sind in Figur 3 drei Zeilen des Pfades 40 dargestellt. Der hier S-förmig dargestellte Verlauf des Pfades 40 ist lediglich beispielhaft. Selbstverständlich kann jede Zeile auf der gleichen Seite begonnen werden, beispielsweise links in Figur 3.

Dabei kann die Ablenkeinheit 115 den Laserstrahl 111 so bewegen, dass ein zeitlich früherer Laserpunkt 111-1 einer ersten Zeile von einem zeitlich nachfolgenden Laserpunkt 111-m einer zweiten Zeile räumlich überlappt wird. Durch den Zeilenabstand 41 in Verbindung mit dem Durchmesser 112 jedes Laserpunkts 111-1 bis 111-n wird ein Überlappungsbereich 51 zwischen benachbarten Laserpunkten 111-1 bis 111-n zweier benachbarter Zeilen bestimmt. Auch in diesem zeilenweise erzeugten Überlappungsbereich 51 wird der akkumulierte Energieeintrag in die Oberfläche 11 des Flugzeugbauteils 10 erhöht und kann durch den Zeilenabstand 51 zumindest teilweise bestimmt werden.

Figur 4 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zur Behandlung einer Oberfläche 11. In einem ersten Schritt 200 wird durch eine Laserquelle 110 ein gepulstes Laserlicht mit einer Pulsfluenz von 0,01 bis 50 J/cm2 emittiert. Die Laserquelle 110 dient insbesondere der Erzeugung eines Infrarot-Laserstrahls im Nah-Infrarot-Bereich. In einem weiteren Schritt 205 wird das Laserlicht durch eine Ablenkeinheit 115 als Laserstrahl 111 auf die Oberfläche 11 (z.B. des Flugzeugbauteils 10) ausgerichtet. Die Ablenkeinheit 115 kann ferner in einem weiteren Schritt 210 das Laserlicht über die Oberfläche 11 entlang eines Pfades 40 bewegen.

Durch den akkumulierten Energieeintrag mittels Laserstrahl 111 in die Oberfläche 11 wird diese Oberfläche 11 gereinigt und/oder aktiviert. Dadurch kann anschließend in einem Schritt 220 der so behandelte Bereich der Oberfläche 11 (erneut) lackiert werden. Die Vorbehandlung mittels Laserstrahl 111 erhöht signifikant die Haftungseigenschaften der Oberfläche 11 für die (erneute) Lackierung.

Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele und Varianten dienen nur der Veranschaulichung der Erfindung. Alle Beispiele, Varianten und einzelne Details können beliebig miteinander kombiniert werden, um bestimmte Ausführungsformen der Erfindung zu bilden.