Herramienta y procedimiento para la generación de una superficie microestructurada.

Herramienta para la generación de una superficie microestructurada,

que comprende:

- una matriz (3) con un negativo de la microestructura que se ha de generar,

- un cilindro presionador (1) para presionar la matriz contra la superficie,

caracterizada porque

el cilindro presionador (1) se puede trasladar sobre una superficie,

el cilindro presionador (1) y la matriz (3) están dispuestos de tal manera que durante la traslación del cilindro (1)sobre la superficie, la matriz (3) llega a un movimiento de rodadura entre el cilindro (1) y la superficie, de tal maneraque el negativo de la matriz (3) está dirigido a la superficie y

un dispositivo (5) para acelerar el endurecimiento de un material que puede endurecer está dispuesto de tal maneraque, durante la traslación del cilindro presionador (1) sobre la superficie, acompaña su movimiento y actúa sobre unaparte de la superficie.

Herramienta y procedimiento para la generación de una superficie microestructurada La invención se refiere a una herramienta para la generación de una superficie microestructurada así como a un procedimiento para la generación de una superficie al menos parcialmente microestructurada.

Cada vez son más necesarias las superficies microestructuradas para funciones especiales. En el presente documento se han mencionar, a modo de ejemplo, superficies con estructura de hoja de loto o superficies favorecidas en cuanto al flujo. Los productos que se pueden optimizar con superficies favorecidas en cuanto al flujo, denominadas "nervadas" (riblet) con respecto a velocidad y consumo de energía son básicamente objetos que, por un lado, se mueven por sí mismos, tales como, por ejemplo, aviones, vehículos sobre carriles, automóviles, barcos o incluso palas de rotor de turbinas eólicas y, por otro lado, objetos alrededor de los cuales o a través de los cuales ha de tener lugar un movimiento, tales como, por ejemplo, tuberías. Adicionalmente, las superficies microestructuradas sirven para reducir ensuciamientos o incrustaciones (particularmente en barcos) .

Tales estructuras superficiales se generan con frecuencia mediante procedimientos de extrusión o gofrado como láminas que, a continuación, se adhieren sobre la respectiva pieza de trabajo. Este procedimiento tiene las siguientes desventajas:

-La adhesión de una lámina sobre áreas doblemente curvadas (por ejemplo, sobre planos sustentadores de

aviones o rotores para turbinas eólicas) es de difícil a imposible. -La adhesión se puede desprender durante el funcionamiento. -Una lámina ejerce un peso adicional sobre la pieza de trabajo. Esto contrarresta el ahorro pretendido de energía, por ejemplo, en el caso de superficies favorecidas en cuanto al flujo en vehículos. -Adicionalmente, una lámina también consume un volumen, lo que en el caso de tuberías conduce a un volumen interno disminuido o una necesidad de un volumen externo aumentado.

Para la estructuración de láminas son conocidos procedimientos de gofrado que gofran láminas o materiales de tipo lámina en máquinas estacionarias. De este modo, Reiner Mehnert, A. Sobottka y Ch. Elsner en "Microstructured Polyacr y late Surfaces Generated by UV&EP Curing", Proc. RadTech Europe, 08. 10., Basel (2001) 603-608 desvelan un dispositivo en el que una lámina se conduce sobre un cilindro, cuya superficie está configurada como matriz. Al mismo tiempo que la impresión de la matriz en la lámina se endurece la (futura) superficie de la lámina haciendo pasar electrones o radiación UV a través de la lámina.

También se desvela un dispositivo similar en el documento DE 196 13 383 C1 en el que se hace pasar una banda de lámina de gelatina entre dos cilindros, comprendiendo uno de los cilindros una matriz en su superficie.

El documento EP 0 205 289 A1 desvela un procedimiento en el que se aplica, también a través de un cilindro, una microestructura sobre una lámina.

Los tres procedimientos o dispositivos mencionados tienen en común que el material cuya superficie se ha de microestructurar tiene que ser flexible, de tal manera que se pueda conducir sobre el cilindro presionador. Ninguno de estos documentos indica una posibilidad mediante la cual se pueda aplicar con un cilindro una microestructura sobre la superficie de un objeto rígido, inflexible, tal como, por ejemplo, una pieza constructiva de un vehículo. Particularmente, los dispositivos o procedimientos mencionados no proporcionan ningún indicio de cómo se podría o de que se puede prescindir de una lámina. Con ello, un gofrado (es decir, una microestructura) de áreas rígidas, doblemente curvadas, no es posible. Como dificultad adicional se añade que –en caso de que el gofrado esté asociado a un endurecimiento (parcial) simultáneo de la superficie que se puede microestructurar–, este endurecimiento tiene que ocurrir irradiando la respectiva lámina, ya que el lado de la lámina que se puede microestructurar está oculto por la matriz y el cilindro que sustenta la misma. Un endurecimiento de este tipo no es posible de forma natural al microestructurar objetos de mayor tamaño, que no se pueden irradiar –tales como, por ejemplo piezas constructivas de vehículos–.

Para no tener que usar ninguna lámina, en el fondo sería apropiado estructurar directamente un barniz que se aplica, por ejemplo, sobre superficies de vehículos. Sin embargo, un gofrado del barniz todavía no endurecido mediante un breve contacto con una herramienta de gofrado no es posible sin más con una calidad suficiente para determinadas aplicaciones (por ejemplo, para una superficie favorable en cuanto al flujo) , ya que los barnices en húmedo convencionales no ofrecen ninguna ventana temporal dentro de la cual el barniz todavía sea deformable y, por otro lado, ya no fluya después del contacto con la herramienta de gofrado. Además, el barniz es extremadamente pegajoso en el estado no endurecido y al retirar la herramienta de gofrado permanece adherido a la misma, incluso si la energía superficial de la herramienta de gofrado es extremadamente reducida (por ejemplo, menor de 25 mN/M) .

Se conocen procedimientos para la nano-y microestructuración de barnices, por ejemplo, para generar hologramas en la capa de barniz. De este modo, por ejemplo, el documento WO 00/30869 desvela un procedimiento para el diseño decorativo de una superficie de sustrato barnizada, en el que un barniz que puede reticularse mediante radiación UV se endurece a través de una matriz mediante radiación UV.

También en el documento ya mencionado DE 196 13 383 C1 está desvelada una matriz que se puede irradiar; el endurecimiento de la superficie que se puede microestructurar se realiza mediante radiación UV a través de la matriz.

El documento WO 00/30869A también desvela un procedimiento para la microestructuración de una superficie.

Sin embargo, ninguno de los documentos mencionados desvela ningún indicio en cuanto a una herramienta con la que se puedan microestructurar grandes áreas y, eventualmente, doblemente curvadas, sin que se tengan que usar láminas o matrices extremadamente grandes o sin que se tengan que colocar y retirar una y otra vez matrices (de menor tamaño) .

El documento US 2002/098257 A1 desvela una herramienta para la generación de una microestructura con un cilindro presionador. Sin embargo, no está desvelado que el cilindro presionador se podría trasladar sobre una superficie, de tal manera que la microestructuración de áreas grandes sería extremadamente compleja.

Por tanto, el objetivo de la presente invención era indicar una herramienta con la que fuese posible, con una complejidad reducida, aplicar una microestructura incluso sobre materiales inflexibles, que no se pueden irradiar y, a este respecto, particularmente sobre áreas de mayor tamaño.

De acuerdo con la invención, este objetivo se resuelve mediante una herramienta para la generación de una superficie microestructurada, que comprende:

-una matriz flexible con un negativo de la microestructura a generar -un cilindro presionador que se puede trasladar sobre una superficie para presionar la matriz contra la

superficie,

estando dispuestos el cilindro presionador y la matriz de tal manera que al trasladar el cilindro sobre la superficie, la matriz llega a un movimiento de rodadura entre el cilindro y la capa, de tal manera que el negativo de la matriz está dirigido hacia la superficie, y estando dispuesto un dispositivo para acelerar el endurecimiento de un material que puede endurecer de tal manera que al trasladar el cilindro presionador sobre la superficie acompaña su movimiento y actúa sobre una parte de la superficie.

A este respecto, por "generación de una superficie microestructurada" se ha de entender la generación de una topografía de la superficie que comprende esencialmente estructuras en el intervalo de 100 !m a 0, 5 !m, preferentemente de 50 !m a 0, 5 !m de separación entre sí y profundidad. En caso de que la generación se realice mediante moldeo (por ejemplo, gofrado) , el error del moldeo (divergencia de la forma teórica) a este respecto es menor de 5 !m, preferentemente menor de 1 !m. Esta superficie puede ser parte de una capa especial sobre un sustrato (por ejemplo, un barniz sobre un plano sustentador de avión) o estar formada por el propio sustrato. La topografía mencionada se genera regularmente mediante gofrado y –en caso de que la superficie gofrada no tenga ya estabilidad dimensional– endurecimiento posterior.

Por un cilindro presionador "trasladable" se ha de entender un cilindro presionador cuyo centro de gravedad está en disposición de llevar... [Seguir leyendo]

1. Herramienta para la generación de una superficie microestructurada, que comprende:

- una matriz (3) con un negativo de la microestructura que se ha de generar, -un cilindro presionador (1) para presionar la matriz contra la superficie,

caracterizada porque el cilindro presionador (1) se puede trasladar sobre una superficie,

el cilindro presionador (1) y la matriz (3) están dispuestos de tal manera que durante la traslación del cilindro (1) sobre la superficie, la matriz (3) llega a un movimiento de rodadura entre el cilindro (1) y la superficie, de tal manera que el negativo de la matriz (3) está dirigido a la superficie y

un dispositivo (5) para acelerar el endurecimiento de un material que puede endurecer está dispuesto de tal manera que, durante la traslación del cilindro presionador (1) sobre la superficie, acompaña su movimiento y actúa sobre una parte de la superficie.

2. Herramienta de acuerdo con la reivindicación 1, poseyendo el material que forma la matriz (3) una dureza Shore d.

25. 40.

3. Herramienta de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, estando equipado un cilindro (7) de tal manera que, durante la traslación de la herramienta sobre la superficie, retira de nuevo la matriz (3) .

4. Herramienta de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, poseyendo el material de la superficie del cilindro presionador (1) una dureza Shore de 25 a 50 y presentando, preferentemente, un diámetro d.

10. 50 cm y una longitud d.

20. 100 cm.

5. Herramienta de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, estando equipada la herramienta de tal manera que, con ello, queda posibilitada la microestructuración de áreas doblemente curvadas, preferentemente en estructuras grandes tales como aviones, vehículos sobre carriles, barcos, particularmente sus cascos y/o instalaciones de energía eólica, particularmente sus palas de rotor.

6. Herramienta de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, comprendiendo el dispositivo (5) para acelerar el endurecimiento una lámpara y/o un equipo calefactor para irradiar y/o calentar la superficie que se puede microestructurar.

7. Herramienta de acuerdo con la reivindicación 6, siendo la lámpara (5) una fuente de luz UV.

8. Herramienta de acuerdo con la reivindicación 6 o 7, estando colocado el dispositivo (5) para acelerar el endurecimiento de tal manera que el endurecimiento del material que puede endurecer sobre la superficie que se puede microestructurar se realiza irradiando o calentando la matriz (3) .

9. Herramienta de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, comprendiendo la herramienta un dispositivo para la aplicación del material que puede endurecer sobre un sustrato o sobre la matriz.

10. Uso de una herramienta de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes para la generación de una superficie microestructurada.

11. Procedimiento para la generación de una superficie al menos parcialmente microestructurada, que comprende las etapas:

a) facilitación de una superficie que se puede microestructurar, b) facilitación de una herramienta de acuerdo con una de las reivindicaciones 1-9, c) microestructuración de la superficie mediante la herramienta.

12. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 11, que comprende en la etapa b) la facilitación de una herramienta de acuerdo con una de las reivindicaciones 1-9 y un endurecimiento del material que puede endurecer sobre la superficie que se puede microestructurar mediante la herramienta.

13. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 12, realizándose el endurecimiento mediante irradiación o calentamiento de la matriz (3) .

14. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 11-13, que comprende en la etapa b) la facilitación de una herramienta según la reivindicación 9 y la aplicación de un material que puede endurecer sobre un sustrato o sobre la matriz (3) mediante la herramienta, de tal manera que de acuerdo con la etapa a) se facilita una superficie que se puede microestructurar.