用于在基底如飞行器元件上形成微结构涂层的设备及方法

摘要

一种用于在基底上形成微结构涂层的设备，包括微结构带（18）和次压力施加元件（28），其中，该微结构带（18）能够通过在基底上滚动而不是滑动以及围绕组装在机架上的主压力施加元件（12，14）运转而移动，该次压力施加元件（28）组装在机架上以在带的股段（24）的由所述主压力施加元件（12，14）定界的区（26）中与带的内表面（29）相接触，该区（26）暴露于固化装置（22）的对设计成形成所述涂层的可固化材料的固化进行加速的作用。一种使用上面提到的设备形成微结构涂层的方法。

说明书

技术领域

本发明涉及在基底——特别是但不绝对是在飞行器翼部或机身元 件——上形成微结构，以获得一种目前被称作“肋条”或“鲨鱼皮”的 微结构涂层的类型。

背景技术

图3中的专利申请US 2007/0257400 A1公开了一种包括环形弹性带 的设备，其中，所述环形弹性带组装在整体地设置成三角形形状且自身 安装成围绕机架（chassis）（未图示）自由旋转的一组三个滚子中。该 设备还包括紫外线辐射源，该紫外线辐射源固定至机架并且朝向设备的 被滚子中的两个定界的股段（strand）——在下文中称作施加股段—— 定向。

该设备运转如下：用光固化树脂对带的外表面进行涂覆，并且然后 通过将上面提到的两个滚子施加在基底的覆盖有微结构涂层的表面上 以使带的施加股段的外表面与基底接触而将设备施加至该表面上，并且 设备在该基底上平移，使得带在该基底上滚动而不是滑动。在设备的该 移动期间，紫外线辐射源照亮施加股段的至少一部分并且通过施加股段 的该部分引起施加在基底上的树脂的固化。在固化之后，当带的相应部 分绕相对于设备的平移方向定位在后部处的滚子转动时，树脂结合至基 底并且与带分离。随着设备在基底上移动，在该基底上获得具有所需的 微结构的固化的树脂涂层。

在上面提到的文献的图1和图2中所描述的变型分别包括仅仅一个 滚子和两个滚子，而在图4和图5中所描述的变型包括敞开的带。

然而，所有这些设备具有如下缺点：没有以足够的精度对将可固化 树脂施加至基底的压力进行控制并且所述压力不是足够均匀的。

当这些设备被用于将涂层施加至朝下面对的表面上时，换句话说， 当设备在基底上的施加压力沿着向上的方向定向时，该问题会是特别严 重的，这是由于带的弹性以及其涂有树脂的下部股段的重量然后作用在 与所述施加压力相反的方向上的事实。

发明内容

本发明的目的特别在于提供一种针对这些问题的简单、经济和有效 的解决方案。

为了实现该目的，其公开了一种用于在基底的表面上形成微结构涂 层的设备，该设备包括：

-两个主压力施加元件，所述两个主压力施加元件支承在设备的机 架上并且彼此间隔某一距离；

-带，所述带的一个表面——在下文中称作内表面——施加至主压 力施加元件上，使得这些元件将所述带的股段——在下文中称作施加股 段——定界在它们之间，所述施加股段设计用于将可固化材料施加在所 述基底上，其中，所述可固化材料在固化之后将形成所述涂层，所述带 的另一表面——在下文中称作外表面——具有形成待形成的涂层的微 结构的负片（negative）的微结构，以及

-固化设备，所述固化设备设置成加速可固化材料的固化，设计成 作用在所述施加带的预定区域——在下文中称作固化区——中。

该设备被构造成使得当设备通过将所述股段施加在基底上而沿着 带的施加股段的纵向方向在基底上移动时，带通过在基底上滚动而不是 滑动以及围绕主压力施加元件运转而移动。

根据本发明，设备包括次压力施加元件，其中，该次压力施加元件 组装在机架上以在其施加股段的所述固化区中与带的内表面接触。

次压力施加元件提高了由施加股段施加在沉积于基底上的可固化 材料层上的压力的均匀性和控制，而该材料在其暴露于所述固化装置时 被进行固化。

通过本身已知的方式，带优选地关闭且设置以如同环形带那样围绕 主压力施加元件而移动。

作为一种变型，该带可以是开放的。

通过本身已知的方式，主压力施加元件优选地安装成相对于所述机 架自由旋转以随着该带沿着基底移动而在带上进行滚动。这些主压力施 加元件例如可以由用于该目的的滚子组成。

特别地，带和主压力施加元件的布置可以类似于上面提到的文献 US 2007/0257400 A1中的图2至图5中所描述的四个设备中的一个设备 的布置。

在本发明的一个优选实施方式中，次压力施加元件在施加股段上施 加从内部表面朝向股段的外表面的方向的载荷。

因而，由次压力施加元件所施加的压力被最优地控制。

该特征还可以使得能够将令人满意的张力施加至带，即使当带包括 适时弹性变化或根据该带的考虑区域而弹性变化时亦是如此。

因此，设备有利地包括朝向施加股段推压每个次压力施加元件的弹 性装置。

这些弹性装置有利地由组装且固定至设备的机架的弹簧组成。

作为一种变型或附加地，这些次压力施加元件可以由弹性可压缩材 料制成。

在本发明的优选实施方式中，次压力施加元件以交错的方式进行设 置。

这种构型允许将次压力施加元件施加在施加股段上的压力的均匀 性最优化。

优选地，最靠近所述固化区的每个边缘的次压力施加元件中的每一 个均在所述施加股段上具有至少一个压力施加点，其中，对所述压力施 加点而言，与所述固化区的相应的边缘的距离小于带的横向宽度的 10%，并且优选地小于带的横向宽度的5%。

以此方式，次压力施加元件覆盖整个固化区。

通常，设备有利地包括至少一个横向轴杆，其中，所述轴杆组装在 承载沿着所述轴杆分布的多个次压力施加元件的所述机架上。

所述横向轴杆支承的次压力施加元件优选地分布在轴杆的两侧上 以形成两个横向行。

设备还优选地包括以上描述的类型的至少两个横向轴杆。

在本发明的优选实施方式中，次压力施加元件中的每一个均呈辊子 的形式，其中，该辊子组装成相对于机架自由旋转以随着所述带在基底 上移动，当与所述带相接触时，进行滚动而不是滑动。

通过本身已知的方式，所述固化装置优选地包括紫外线辐射源，其 中，该紫外线辐射源相对于机架固定地组装且构造成朝向所述施加股段 放射。

在该情况下，次压力施加元件以及用于将它们组装在机架上的所有 的装置有利地由对所述紫外线辐射源放射的辐射至少部分可穿透的一 种或多种材料制成。

该材料或这些材料的透射比有利地是大于所述辐射的25%，并且优 选地大于50%，或者甚至75%。

更高的透射比将导致可固化材料的更快固化，以及在整个固化区上 更均匀地固化。

在本发明的优选实施方式中，次压力施加元件分布在构造的至少四 个横向行中，使得：

-在每行中的压力施加元件均以规则的间隔设置；

-定位在每行的两个端部处的压力施加元件中的每一个均延伸直到 带的相应的端部；

-在连续的行中的每一对中，所述行中的一行的压力施加元件相对 于另一行中的压力施加元件偏差一段等于设置压力施加元件的间隔的 约一半间隔的距离；

-每个压力施加元件的沿着带的纵向方向的长度与用于将该元件安 装在相应的横向轴杆上的装置大致相同；

-在每一行中，分别由压力施加元件以及由用于将压力施加元件安 装至相应的横向轴杆上的装置形成的两个连续的组件之间的分离距离 约等于这些组件中的每一个的横向长度。

此外，每个次压力施加元件与用于将该元件组装在相应的横向轴上 的装置之间的分离距离优选地选定为防止所述紫外线源放射的任何紫 外线辐射在压力施加元件与所述组装装置之间传播。

因而，在带的移位期间，带中的所有的或几乎所有的点直接地暴露 于紫外线源相同的总持续时间。直接暴露意味着如下情形：在该情形中， 对于在带上的考虑的点而言，紫外线源没有被次压力施加元件或被该元 件的组装装置遮掩。

因而，无论次压力施加元件及其组装装置相对于通过紫外线源所放 射的辐射的透射比如何，可固化材料在固化区中每个点处进行固化所具 有的均匀性都会最优化。

通常，设备还有利地包括用可固化材料对带的外表面进行涂覆的装 置。

作为一种变型，可以由操作者使用设备对带手动地进行涂覆。

作为一种变型或附加地，可以用所述可固化材料提前对带进行涂 覆。

本发明还涉及一种用于使用以上描述的类型的设备在基底——例 如飞行器翼部或机身元件——的表面上形成微结构涂层的方法，并且该 方法包括：

-用在固化装置的作用下能够进行固化的材料对带的外表面进行涂 覆；

-将设备的主压力施加元件施加至基底的表面上；

-移动设备以引起带的外表面在基底上进行滚动，以及压力施加元 件在带的内表面上进行滚动，以某一速度进行所述运动使得沉积在基底 上的可固化材料在其暴露于固化装置的作用之后将结合。

附图说明

在阅读参照附图给定作为非限制性示例的下面的描述之后，本发明 将被更好地理解并且本发明的其他的细节、优点和特征将变得明显，其 中：

-图1是根据本发明的优选的实施方式的设备的局部图解性侧视 图，其中，为了清晰起见没有示出机架；

-图2为图1中的设备的局部图解性仰视图，其中，为了清晰起见 没有示出带；

-图3为图1中的细节III的图解性俯视图；

-图4为图3中可见的辊子的一些组装元件的图解性分解俯视图；

-图5为图4中所示的元件的图解性分解侧视图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的优选实施方式的用于将微结构涂层施加 在基底的表面上的设备10。

该设备包括呈滚子形式的两个主压力施加元件12和14以及导引滚 子16。这三个滚子呈三角形形状设置并且组装成在图1中未示出的机 架上自由旋转。

该设备还包括与上述三个滚子12、14、16接触的封闭的弹性带18。 这三个滚子张紧带18并且使带如同环形带那样围绕所述滚子移动。

带18包括在其外表面20上的微结构，其中，所述微结构优选地沿 着带18的整个长度形成。

带18由根据在每次具体地施加中用于微结构的所需的几何精确度 而选定的具有弹性的材料制成。

上面提到的文献US 2007/0257400 A1包含用于制造这种带的方法 的详细示例（参见在所述文献中的第80节至第90节）。

所述设备还包括紫外线辐射源22，所述紫外线辐射源22相对于设 备的机架固定地组装以朝向带18的限定在两个主压力施加滚子12与14 之间的股段24放射。该股段24——称作施加股段——将树脂施加在基 底上，其中，该树脂在紫外线源22所放射的辐射的作用下是可固化的， 以形成微结构涂层。

优选地，所述设备包括使用该树脂对带18的外表面20进行涂覆的 装置，这些装置在图中未示出。这些装置例如可以设计成从固定至设备 的机架的容器获取树脂。这种装置的设计独立于该发明，使得在下面将 不对这些装置进行详细描述。带18还可以被手动地涂覆树脂。

作为一种变型，首先可以将基底涂覆一层这种树脂。

紫外线源和适当的光固化树脂的详细示例可以在上面提到的文献 US 2007/0257400 A1的第91段至第109段中找到。

紫外线源22大致为矩形平行四边形并且照亮具有大致为矩形形状 的施加股段24的区域26——在本发明中使用的术语中被称为固化区。 该区相对于紫外线源22并且因此相对于设备的机架明显地被固定。

根据本发明的一个具体特征，设备10包括施加在固化区26处的带 18的内表面29上且形成根据该发明的术语的次压力施加元件的一组辊 子28。这些辊子沿着四个横向行28a、28b、28c、28d以交错的方式进 行分布。“横向”意味着这四行正交于带18的相应于图1中的箭头30 的纵向方向进行延伸。

图2示出了从下面进行观察的不具有带18的设备10，使得辊子28 和紫外线源22能够被看到。该图也示出了两个侧板32，其中，该两个 侧板32形成设备的机架的一部分并且支承三个滚子12、14和16的相 应的旋转轴杆。为了清晰起见，在图2中未示出导引滚子16。

如图1和图2中所示，设备10包括组装固定在板32上且分别支承 四行辊子28中的两行的两个横向轴杆34。这两个轴杆34离主压力施加 滚子12和14以某一距离关于紫外线源22（图1）的中间横向面P对称 地进行设置。

辊子28设置成覆盖施加股段24的整个固化区26。为了实现此目的， 最靠近该区26的边缘的辊子28z设置成与施加股段24的这样的部分接 触，该部分从其边缘以等于比带18的宽度的10%——并且优选比5% ——小的距离定位。以此方式，辊子28施加至施加股段24的压力最优 选地分布在整个固化区26上。

图3至图5包含在相应的横向轴杆34上的每个辊子28的组件的更 精确的图示，基本上通过在其端部中的一端处形成包括孔38的轴的杆 36，在所述孔38中组装有辊子28的旋转轴杆39，并且在其另一端部处 组装环40被组装在横向轴杆34上。

多个片簧42分别在相应的辊子28上施加朝向施加股段24的压力， 以保持将辊子28施加在带18的施加股段24上。

这通过给每个弹簧42设置围绕两个环46固定的半圆柱形端部部分 44来实现，半圆柱形端部部分44自身围绕相应的横向轴杆34组装固定， 其中，两个环46定位在支承关联辊子28的杆36的组装环40的每一侧 上。因而，每个片簧42的端部部分44固定至相应的横向轴杆34，并且 因此固定至设备的机架。

叶形部分48从每个弹簧42的所述端部部分44延伸，支承在杆36 上以朝向施加股段24推压该杆并且因此推压相应的辊子28。

虽然从图5中不能够观察到它，但是用于每个杆36的组装环40具 有小于设置在组装环40的每侧上的环46的直径的外径，以允许该组装 环40以及因此允许辊子28围绕横向轴杆34旋转。

明显地，在不超出本发明的范围的情况下，片簧42能够用扭转弹 簧或任何其他合适的类型的弹性装置来代替。

辊子28及其轴杆39、杆36、弹簧42、环46以及横向轴杆34优选 地由对紫外线源22所放射的紫外线辐射可穿透的一种或多种材料制 成。特别地，这些元件中的每个元件均优选地具有在光谱带中大于25%、 优选50%以及甚至更优选75%的透射比，其中，光固化树脂是感光的。

此外，如能够从图2中观察到的，在28a至28d每行中的辊子28 以规则的间隔进行设置。

对于连续的行中的每一对（28a，28b）、（28b，28c）和（28c，28d） 而言，所述行中的一行的辊子28从另一行中的辊子横向地偏移了距离 d，该距离d等于设置辊子的间隔Δ的大约一半间隔。

每个辊子28沿着带18的纵向方向具有与使用于将该辊子安装在其 横向轴杆34上的杆36相同的范围δ。

此外，在每行中，由辊子28和杆36组成的每个组件的横向宽度E 等于设置辊子的间隔Δ的大约一半的间隔，其中，杆36能够将辊子组 装在其横向轴杆34上。

此外，设置在每行的两个端部处的辊子28中的每个辊子均延伸直 到所述带的相应的端部。

每个辊子28与其上组装有辊子28的杆36之间的距离ε（图3）— —为清晰起见而被有意放大——实际上是很小的以防止或至少缩小紫 外线辐射可能在辊子28及其杆36之间通过的数量。

因而，在带上的几乎所有的点均暴露于来自紫外线源22的紫外线 辐射实际上相同的持续时间。更精确地，随着带18移动，在该带上的 在行28a和行28c的两个相应的辊子28下面经过的点保持被这些辊子 从源22隐匿的时间段与在带上的在另外两行28b和28d的的辊子下面 经过的点以及在带上的在杆36下面经过的点大约相同。

以上描述的设备可以用来在基底的外表面上形成微结构涂层，使用 了根据下述的方法：

-使用能够在紫外线源22的作用下进行固化的树脂对带18的外表 面20进行涂覆；

-使设备的主压力施加滚子12和14与基底的表面相接触；

-设备沿着平行于带18的纵向方向的方向30平移，以使带18的 涂有树脂的外表面20在基底上进行滚动，同时三个滚子12、14和16 中的每个均在带18的内表面29上进行滚动。

在该移动期间，出现在带18上的树脂沉积在位于前部处的滚子12 处的基底上。

沉积的树脂层然后被限制在基底与带18之间，其中，带18在该树 脂层中形成与在带18中的微结构的配合形状的微结构。

随着设备并且特别是紫外线源22继续其移动，沉积的树脂进入由 紫外线源22照亮的固化区26。在该区中的树脂的取决于设备的移位速 度的停留时间使得树脂能够至少部分固化并且结合至基底。

当树脂离开固化区时，并且随着设备继续其运动，设置在后部的滚 子14会经过该树脂并且带18会围绕该滚子运转，使得结合至基底的树 脂与带18分离。

因而，设备在基底上留下由固化树脂的层组成的微结构涂层带。

随着设备移动，施加股段24被辊子28连续地推压并且随后用均匀 且受控的压力将树脂施加在基底上，其中，该均匀且受控的压力取决于 弹簧42和辊子28的机械属性。

因而，获得的涂层的质量最优化。

此外，如果主压力施加滚子12和14以及施加股段24向上面对以 在基底的下表面上形成微结构，那么就能够在毫无困难的情况下使用该 设备。