Método para revestir un sustrato, comprendiendo aplicar un revestimiento a un sustrato,

calentar un primer área de dicho sustrato a una primera temperatura con un primer láser, y

calentar una pequeña área de dicha primera área con un segundo láser a una segunda temperatura mayor que dicha primera temperatura, donde el segundo láser es modulado por potencia

Aparato y proceso de revestimiento por doble láser.

Antecedentes de la invención

Esta invención se refiere al campo de uso de revestimientos de fluorocarbono aplicados a varios sustratos. Pertenece particularmente a sustratos sensibles tales como compuestos y similares. En particular, se refiere a un método por el que dos láseres son utilizados juntos para ofrecer ventajas sobre la técnica anterior.

Revestimientos de polvo son comunes para la industria y son típicamente polimerizados o fundidos usando sistemas de horno. Un ejemplo ubicuo son los revestimientos de politetrafluoroetileno (PTFE) en utensilios de cocina. Otros revestimientos incluyen nilon-12, polietileno y poliuretano. El material de revestimiento se aplica al sustrato como un polvo y debe ser calentado hasta un fluido viscoso para unirse al sustrato. Los sistemas de horno usados para unir los polvos a sustratos son grandes, caros e ineficientes. No hay ninguna posibilidad de ajustar bien el proceso para optimizar los resultados.

Un objetivo primario de esta invención es ejercer control de precisión sobre el proceso de revestimiento para aplicar materiales fluoropoliméricos sobre sustratos sensibles y proporcionar un revestimiento uniforme sin agujeros de espiga para proteger el sustrato.

Otro objetivo de esta invención es mejorar técnicas de revestimiento tradicionales con fluoropolímeros para mejorar la integridad y uniformidad de fluoropolímeros curados por láser o térmicamente.

Otro objetivo de esta invención es realizar la fusión de un fluorocarbono de fusión sobre un sustrato con temperaturas de fusión considerablemente inferiores sin dañar el sustrato.

Otra mejora asociada a esta invención es un obvio aumento en la uniformidad de la superficie.

Un objetivo adicional es utilizar medios eficaces para transportar la potencia del láser al objetivo y fundir el polímero en áreas confinadas. El transporte de la potencia del láser es a través de tubos de haces láser estándares diseñados para CO₂ o láseres infrarrojos o fibra óptica para diodo y láseres de estado sólido por bomba de diodos. La posición apropiada del haz se facilita a través de un sistema de cabeza articulada capaz de entregar ambos haces de láser a través de tres o más ejes.

Otro objetivo adicional de esta invención es proporcionar un proceso que utiliza dos láseres para más eficiencia luego se pueden obtener con un láser grande que procesa el revestimiento por sí solo.

Otro objetivo es proporcionar un sistema de fusión por láser con control de temperatura de tiempo real dentro de la proximidad cercana a la pieza de trabajo incluso en áreas estrechas inaccesibles dando al operario control y flexibilidad y requiriendo una óptica menor y más económica. Esto es significante también cuando están presentes sustratos sensibles para reducir la presencia térmica del láser y reducir el riesgo de daños.

Estos y otros objetos de la invención serán aparentes para uno de los expertos en la materia después de la lectura de la descripción de la invención.

Resumen de la invención

La presente invención presenta una forma de realización de un aparato para aplicar y fundir un revestimiento de polvo en sustratos de varias composiciones.

La regulación de la temperatura se mejora por la capacidad para superheterodinar dos láseres a frecuencias separadas. Esto permite una mejor absorción de materiales determinados que se funden por el láser. Otro problema común asociado al tratamiento por láser ocurre cuando el polímero se calienta. Durante el proceso de calentamiento las líneas espectrales son ensanchadas por Doppler y ligeramente desplazadas. Esto puede afectar la absorción de un láser de una longitud de onda fija. Con la presente invención, la frecuencia de láser óptima se puede girar a una frecuencia más óptima para absorción todavía con la potencia suficiente para un tratamiento térmico rápido y efi- caz.

Como se aplican revestimientos más espesos, especialmente aquellos por encima de 2 mm (90 milipulgadas) de grosor, el revestimiento comienza a descomponerse bajo condiciones de tensión térmica como se experimenta en sistemas de horno convencionales. En la presente invención, estas condiciones son evitadas ya que el sistema de láser doble funde estos polímeros en un tiempo mínimo absoluto. Por lo tanto, la degradación lenta y disolución de los polímeros en técnicas de horno son evitadas. Además, los tiempos de flujo de fusión con el sistema de láser doble son espectacularmente reducidos en comparación con un sistema de láser único.

El sistema utiliza fluoropolímeros y otros revestimientos químicos resistentes aplicados a objetos tales como equipamiento de tratamiento químico y similares. Además, esta invención aplica revestimientos de altas temperaturas de fusión o de tratamiento sobre sustratos sensibles tales como fibra de vidrio, etc. Estos revestimientos protegen estructuras y aparatos de prácticamente cualquier riesgo medioambiental o provocado por el hombre.

Este proceso utiliza láseres múltiples tales como, pero de forma no limitativa, láseres de gas CO₂, láseres de diodo o láseres de estado sólido por bomba de diodos, para fundir una multitud de varios revestimientos sobre un sustrato.

US 2004/0043156 A1 especifica un revestimiento a base de agua, calentándose con radiación infrarroja para formar un revestimiento de base presecada y luego aplicar una segunda corriente de aire en ausencia de radiación infrarroja para formar un revestimiento de base seca. Las dos fuentes de calor sirven para funciones diferentes y ninguna es un láser. El secado por aire caliente/radiación infrarroja se hace en una fase separada del secado de aire caliente y ambos se aplican sobre la superficie entera de un automóvil. El secado por IR y por aire caliente se aplican simultáneamente a una temperatura de valor máximo de metal. No hay ningún calentamiento a una primera temperatura con calentamiento de un área más pequeño hasta una temperatura más alta.

US 2002/0034594 A1 expone el uso de fuentes de energía por infrarrojos y ultravioleta para curar revestimientos. El uso de diferentes longitudes de onda, descritas como alternativas. Las zonas de calentamiento se utilizan para mantener la superficie de revestimiento a una temperatura de curado apropiada, no para elevar la temperatura. La segunda zona de calentamiento se utiliza para mantener la temperatura, no para elevar la temperatura. También, el calentamiento es sobre la superficie entera, puesto que la segunda fuente de calor no penetra en el revestimiento a la misma extensión que la primera fuente de calor, pero se aplica sobre la misma área.

WO 94/22596 declara que la temperatura de un láser puede ser mayor que la temperatura de una fuente ultravioleta, no obstante, no es la temperatura de la fuente de calor, sino la temperatura del sustrato que es la parte importante de la invención. Además, no hay ninguna indicación de que la segunda área es más pequeña que la primera área puesto que el curado de una parte sub-superficial no es relevante para el resultado del área que es calentado. Por otra parte, la presente invención usa láseres como ambas fuentes de calor, y esto no está descrito por este documento.

La Patente estadounidense 3907656 expone el curado de una pintura con energía ultravioleta por la inclusión de burbujas de gas ocluido en la película de pintura. La pieza revestida es pasada transversalmente al haz de radiación de energía ultravioleta, indicando que el área de la superficie entera se calienta por la energía ultravioleta. La energía ultravioleta se usa por su capacidad para crear un curado penetrante profundo. El sustrato es primero calentado por un método convencional y seguido con radiación de energía ultravioleta. No hay ninguna indicación de que la radiación de energía ultravioleta se utilice para elevar la temperatura, puesto que se usa por su capacidad para penetrar en el revestimiento ni de que la segunda área sea más pequeña que la primera área.

US 2003/0209196 A1 expone un método comprendiendo la aplicación a un sustrato un revestimiento de polvo seguido de la cocción de dicho revestimiento en un primer horno a una temperatura T1 seguido de la cocción del revestimiento en un segundo horno a una temperatura T2 > T1. La segunda área calentada a T2 en el segundo horno no es una pequeña parte de la primera área calentada en el primer horno a T1, sino que ambas áreas forman...

1. Método para revestir un sustrato, comprendiendo aplicar un revestimiento a un sustrato,

calentar un primer área de dicho sustrato a una primera temperatura con un primer láser, y

calentar una pequeña área de dicha primera área con un segundo láser a una segunda temperatura mayor que dicha primera temperatura, donde el segundo láser es modulado por potencia.

2. Método según la reivindicación 1, donde dicho revestimiento se aplica a dicho sustrato en una forma en polvo.

3. Método según la reivindicación 2, donde dicho revestimiento en polvo es un fluoropolímero.

4. Método según la reivindicación 1, donde dicho sustrato es movido después de los láseres fijos.

5. Método según la reivindicación 1, donde dichos láseres son movidos después de dicho sustrato.

6. Aparato para revestirun sustrato, comprendiendo un primer láser capaz de calentar una primera área, hasta una primera temperatura, y

un segundo láser que calienta una pequeña área de dicha primera área a una segunda temperatura mayor que dicha primera temperatura, donde el segundo láser es modulado por potencia.

7. Aparato según la reivindicación 6, donde dichos láseres son láseres de estado sólido por bomba de diodos.

8. Aparato según la reivindicación 6, donde dichos láseres son láseres de diodo.