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Title:
METHOD FOR THE REMOVAL OF FIBER-REINFORCED PLASTICS MADE OF AT LEAST TWO DIFFERENT MATERIALS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2008/154889
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for the defined planar removal of individual layers of fiber-reinforced plastics, which are made of at least two different materials. Fiber and matrix materials are processed selectively in individual, separate operations such that a sharp-edged, cascaded removal is possible (FIG. 4). In contrast to the purely mechanical methods common at the present time, the original layer structure can be restored in the areas of repair at a relatively low cost.

Inventors:
FREYALDENHOVEN UDO (DE)
SCHULZ OLAV (DE)
Application Number:
PCT/DE2007/001081
Publication Date:
December 24, 2008
Filing Date:
June 19, 2007
Export Citation:
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Assignee:
SLCR LASERTECHNIK GMBH (DE)
FREYALDENHOVEN UDO (DE)
SCHULZ OLAV (DE)
International Classes:
B23K26/40; B29C73/24
Foreign References:
DE102005055330A12007-05-31
EP0544398A11993-06-02
DE3903153A11990-08-09
DE4140087A11993-06-09
US3604890A1971-09-14
EP0987570A12000-03-22
Attorney, Agent or Firm:
SLCR LASERTECHNIK GMBH (Düren, DE)
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Claims:
Patentansprüche:

1 ) Verfahren zum definierten, flächigen Abtragen einzelner Schichten von faserverstärkten Kunststoffen, die aus mindestens zwei unterschiedlichen Materialien bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass durch Ausnutzung der unterschiedlichen physikalische Eigenschaften des Faser- und des Matrixmaterials, zuerst das Matrixmaterial entfernt wird (Bild 1 ), ohne die Fasern zu beschädigen und in einem zweiten Schritt, die jetzt freiliegenden Fasern entfernt werden (Bild 3), ohne die darunter liegende Matrixschicht zu beschädigen.

2) Ein Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass durch Wiederholen dieser beiden Schritte eine beliebig dicke Schicht entfernt wird (Bild 4).

3) Ein Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten durch Bestrahlung mit Laserstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge entfernt werden. Wobei eine Wellenlänge vorzugsweise zur Bearbeitung des Matrixmaterials und die zweite vorzugsweise zur Bearbeitung der Fasern geeignet ist.

4) Ein Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass mit einem C02- Laser das Matrixmaterial entfernt wird und mit einem Nd-YAG-Laser die dann freiliegenden Fasern, durch aufbringen parallel verlaufenden Schnitten quer zur Faserrichtung abgetrennt (Bild 2)und anschließend entfernt werden.

5) Ein Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass mit einem C02- Laser das Matrixmaterial entfernt wird und mit einem mechanischen Verfahren (Bürsten) die dann freiliegenden Fasern entfernt werden.

6) Ein Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich des Bauteils der nicht bearbeitet werden soll durch geeignetes maskier Material abgedeckt wird.

Description:

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum definierten flächigen Abtragen einzelnen Schichten von faserverstärkten Kunststoffen, die aus mindestens zwei unterschiedlichen Materialien bestehen.

Z. Z. werden beschädigte oder fehlerhaft gefertigte Bauteile in dem zu reparierenden Bereich manuell mechanisch bearbeitet. Da beim z. Z. üblichen manuellem Schleifen der Abtrag nicht Stufenweise erfolgt (Bild 5) und in die Abtragstiefe nur schwer zu kontrollieren ist, kann der ursprüngliche Schichtaufbau nicht wieder hergestellt werden. Dies hat eine erhebliche Veränderung der mechanischen Bauteileigenschaften an dieser Stelle zur Folge. Da es sich bei den Bauteilen in der Regel um 3-Dimensionale Freiformflächen handelt ist eine automatisierte mechanische Bearbeitung (Schleifen, Fräsen) nicht bzw. nur mit einem sehr hohen Aufwand an Messtechnik und Maschinenbau möglich.

Um ein optimales Bearbeitungsergebnis zu erzielen müssen die einzelnen Schichten stufenweise entfernt werden (Schaffung, Bild 4). In diese Stufen können dann vorgefertigte Reparaturmatten mit der entsprechender Größe und Dicke eingelegt und verklebt werden.

Bei dem Verfahren im Sinne der Erfindung werden die stark von einander abweichenden physikalischen Eigenschaften des Matrixmaterials und der Verstärkungsfasem ausgenutzt, um das Material schichtweise zu entfernen. Im Einzelnen sind dies das Absorbtionsverhalten für elektromagnetische Strahlung, die Wärmeleitfähigkeit und die Temperaturbeständigkeit. Die mit einem Laser (z.B. CO2-Laser) erzeugte. Strahlung wird über optische Komponenten mit hoher Intensität auf die Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstückes gebracht und über die zu bearbeitenden Fläche gescannt. Das auf der Oberfläche vorhandene Kunstharz absorbiert diese Strahlung in einer sehr dünnen Schicht und erhitzt sich dadurch so stark, das es sich in größten Teils gasförmige Bestandteile zersetzt, die über ein Filter abgesaugt werden können. Der im ersten Schritt verwendete Laserstrahl ist so gestaltet, dass aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften (Wellenlänge, Intensität) seine Abtragsrate im Matrixmaterial deutlich über der entsprechenden Abtragsrate im Fasermaterial liegt. Die so freigelegten Fasern können nun durch mechanische Verfahren (z.B. Bürsten) entfernt werden. Um einen möglichst scharfkantigen, stufenförmigen Abtrag (Schaffung) zu erreichen, können die Fasern an der Stelle an der sie aus dem verbleibenden Matrixmaterial austreten mit einem Laser zerschnitten werden. Diese Schnitte werden vorzugsweise mit einem Laser erzeugt (z.B. YAG-Laser) dessen Strahlung aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften (Wellenlänge, Intensität) eine deutlich höhere Abtragsrate im Fasermaterial hat als der Laser zum Abtrag des Matrixmaterials.

Nach Entfernung aller freiliegenden Fasern ist nun eine komplette Schicht Fasern und Matrix entfernt. Durch wiederholen der beiden zu vor genannten Schritte, kann so stufenweise ins Material hinein gearbeitet werden.

Um Bauteilbereiche zu schützen die nicht weiter abgetragen werden sollen, können diese mit geeigneten Materialien (z.B. Metallfolien) maskiert werden. Hierdurch können, unabhängig von der Genauigkeit der Laserpositionierung, scharf abgegrenzte Flächen, entsprechend der vorgefertigten Reparaturmatten, erzeugt werden.

Durch dieses Verfahren ist es möglich faserverstärkte Kunststoffe, wie sie z.B. bei der Herstellung von Luftfahrzeugen eingesetzt werden, in Bereichen in denen sie beschädigt sind, schichtweise zu entfernen. Anschließend kann der ursprüngliche, schichtweise Aufbau mit einfachen Mitteln wieder Hergestellt werden. Ein so repariertes Bauteil weist somit die annähernd gleichen mechanischen Eigenschaften wie das originale Bauteil auf.