ES2353663T3 - Método de modificación de la estructura de una pieza a máquina. - Google Patents

Abstract

Un método para modificar la estructura de una pieza a máquina (1), comprendiendo el método: 1) provocar el movimiento relativo entre un rayo de energía y la pieza a máquina de manera que se funda una región (3) de la pieza a máquina y que el material fundido se desplace para formar una proyección (2) en una primera ubicación en la región y un orificio (4) en una ubicación diferente en la región; 2) permitir que el material fundido se solidifique al menos parcialmente; y después de 3) repetir la etapa 1) una o más veces, intersecando la región correspondiente a cada repetición (6, 7) la región de la etapa 1).

Description

La presente invención se refiere a un método para modificar la estructura de una pieza a máquina, y a piezas a máquina modificadas de esta manera.

El uso de rayos de energía, por ejemplo, rayos de electrones (EB) y rayos láseres para la modificación superficial ya es bastante conocido. Existen varios métodos diferentes para cambiar las propiedades superficiales de un material en el que se ha usado un rayo de energía para retirar, modificar químicamente, o desplazar el material sobre la superficie del trabajo. Varios de estos ya son materia de solicitudes de patentes y de concesiones de patentes.

En el proceso de taladrado con EB convencional para la mayoría de los metales u otros materiales que exhiben una fase líquida, se aplica el proceso como sigue. Primero, un rayo de alta densidad de energía realiza un “chavetero” ciego en el material. Este “chavetero” consiste típicamente en un orificio estrecho, profundo. A los lados del orificio existe una capa de material fundido. El orificio se mantiene abierto predominantemente por la presión de vapor del material, que estará en o cerca de su punto de ebullición en esta área de mayor densidad de energía del rayo. En segundo lugar, se le permite al rayo residir durante un periodo suficiente de tiempo para que el orificio se convierta en penetrante en lugar de ser ciego. En tercer lugar, se le permite al rayo residir un poco más en la misma ubicación, de manera que el rayo incida sobre el material de refuerzo que está colocado próximo a la parte trasera del trabajo. Este material de refuerzo es volátil, y produce una explosión de material gaseoso que expulsa casi todo el material fundido desde los lados del orificio.

Debe observarse que este tipo de operación de taladrado no puede producir orificios “ciegos” limpios debido a que no existe fuerza presente que sea capaz de expulsar todo el material líquido.

En el caso de un material que no exhiba una fase líquida, o que pueda convertirse químicamente directamente a una fase gaseosa, se puede conseguir una operación de taladrado o de corte sin el material de refuerzo. En este caso se puede realizar orificios ciegos.

De forma similar, se emplea también en muchos casos un “asistente de gas” en el que un chorro de gas se aplica al material fundido para desplazarlo

con propósitos de corte y de taladrado usando, por ejemplo, un láser.

Existen diversos métodos que incluyen el uso de rayos de energía para retirar el material de la superficie del trabajo para dejar rebordes de material esencialmente inalterado, y de esta forma se puede obtener una superficie funcional.

También existen técnicas en las que el material se puede desplazar en la fase líquida para alterar la funcionalidad de la superficie. En una variante, el material se texturiza mediante un rayo de energía que es bien estacionario con respecto a la superficie de una pieza a máquina en movimiento, o que se mueve con respecto a la superficie en la misma dirección que el movimiento de la pieza a máquina dentro de un bastidor fijo de referencia. De esta forma se realizan normalmente orificios poco profundos con una forma redondeada o alargada, con bordes elevados aproximadamente uniforme. Texturas superficiales que incorporan características de este tipo se utilizan en la preparación de rollos para usarse en laminados de acero, en los que se imparte textura al producto de acero enrollado.

En un segundo proceso “de texturización superficial”, el rayo de electrón (o láser) se manipula en múltiples direcciones en la ubicación de cada orificio, lo que da como resultado que el material desplazado se pueda manipular de forma específica. Si se crean elementos adyacentes mientras que los anteriores están aún fundidos, o al menos todavía bastante calientes, se puede combinar el material fundido desplazado de los diferentes orificios, o se puede fundir correctamente toda la superficie. Por lo tanto, esta segunda técnica es capaz de realizar una amplia variedad de superficies funcionales. Esto se describe en el documento GB-A-2375728 que describe el estado de la técnica más próximo.

El documento EP-A-0626228 describe un ejemplo adicional en el que se usa un rayo de energía para fundir el material y espaciarlo lateralmente para hacer que se produzca un perfil reentrante.

Ambas técnicas de desplazamiento de material mencionadas anteriormente tienden a producir superficies características. En el caso anterior, el material desplazado se distribuye uniformemente sólo si los orificios son relativamente poco profundos con respecto a su diámetro. En el segundo caso, los orificios pueden tener profundidad comparable con respecto a su anchura, haciendo que el material desplazado de los mismos se retire del orificio de la forma correcta. El material desplazado de los orificios, sólo o en combinación con otro material desplazado fundido de orificios adyacentes, se solidifica en formaciones características. Estas son similares unas con las otras sólo por el hecho de que sus formas se dictan hasta alguna medida por las fuerzas de tensión superficiales.

En la mayoría de los metales, el material desplazado tiende en lo posible a adoptar una forma cuasi-esférica. La conexión entre material desplazado y el sustrato, y por tanto la forma del material desplazado redepositado, está influenciada por el área humedecida y la temperatura tanto del sustrato como del material desplazado. El efecto global es que en la mayoría de los metales, los elementos de rebordes por encima de la superficie de sustrato original se limitan en su proporción altura/anchura. En particular, la altura de cualquier área dada de material redepositado por encima de la superficie de sustrato original es menos propensa a excederse significativamente en anchura.

En la presente invención, se describe un nuevo tratamiento con rayo de energía, en el que se usa un tratamiento novedoso para desplazar predominantemente el material en la fase líquida para crear novedosos tipos de estructuras. En la presente invención, una ubicación en la pieza a máquina se expone al rayo de energía en movimiento de una forma particular en dos o más, preferiblemente numerosas ocasiones. En contraste a los métodos anteriores descritos, se permite que el material desplazado de cada ubicación se solidifique sustancialmente en una nueva posición antes de que se use el rayo de energía en la misma o en una ubicación inmediatamente adyacente.

El efecto de esto es que el material desplazado desde una vista del rayo hasta una ubicación particular en la superficie de la pieza a máquina se puede superponer posteriormente con más material desplazado. Esto puede ser bien más material de la misma ubicación, o más material desplazado des una ubicación alterna. De forma similar los orificios formados como resultado del desplazamiento de material se pueden superponer también para producir un nuevo tipo de estructura.

La técnica no se limita a la producción de nuevas estructuras superficiales, puesto que se puede usar para modificar la estructura más profunda dentro de una pieza a máquina para efectuar la modificación estructural real en el material a granel.

El resultado de este novedoso proceso es que las limitaciones normales impuestas en la geometría del material solidificado (y los orificios también creados) descrita anteriormente ya no son aparentes. Usando esta técnica, pueden “crecer” nuevos elementos sobre la superficie usando visitas sucesivas del rayo a una ubicación particular. También se pueden formar orificios profundos en el material y estos pueden acompañarse bien sea por correspondientes salientes localizados en la superficie o por regiones de estancamiento que acomodan el material desplazado. Tales elementos pueden ser muchas veces mayores en altura/profundidad que en anchura, en contraste a aquellos fabricados por las técnicas existentes.

De acuerdo con un primer aspecto de la invención, un método para modificar la estructura de una pieza a máquina comprende:

1) provocar el movimiento relativo entre un rayo de energía y una pieza

a máquina de manera que se funda una región de la pieza a máquina y

que el material fundido se desplace para formar un saliente en una

primera ubicación en la región y un orificio en una ubicación diferente en

la región.

2) permitir que el material fundido se solidifique al menos parcialmente; y

después

3) repetir una o más veces la etapa 1), intersecando la región

correspondiente a cada repetición la región de la etapa 1).

Por lo tanto, la invención proporciona un nuevo método para modificar la estructura de una pieza a máquina, incluyendo modificaciones de estructuras a granel y/o superficiales.

Las proyecciones formadas usando el método pueden tomar muchas formas diferentes, tales, como jorobas, puntas, mesetas y así sucesivamente.

De forma similar los orificios pueden tener varios tipos diferentes de formas. Estas incluyen orificios penetrantes, orificios ciegos, cavidades, canales de cráteres, depresiones y también orificios cercados que proporcionen porosidad. Algunos ejemplos específicos de estas proyecciones y orificios se describen más adelante. Cada uno de estos elementos se define de forma general de acuerdo con la forma del material que lo rodea, dentro de su proximidad inmediata. Por lo tanto, se pueden producir proyecciones dentro de orificios en el interior de la pieza a máquina y de la misma forma, se pueden formar orificios en proyecciones estando las mismas sobresaliendo de una superficie de una pieza a máquina general. Los orificios se pueden formar también dentro de las superficies internas que definen los orificios existentes, y se pueden construir proyecciones similares sobre otras proyecciones.

El método proporciona un medio para cambiar radicalmente la estructura de una pieza a máquina bien sea de forma local o extensa. Este a su vez se puede usar para controlar diversas propiedades locales o extensas. Las siguientes propiedades a granel (isotrópicas/anisotrópicas) y/o superficiales son algunos ejemplos de aquellas que se pueden modificar usando el método: eléctrico, magnético, mecánico, químico, de soporte de carga, humectación, por fricción, elástico, térmico, emisivo, aerodinámico, hidrodinámico, por deformación, histérisis, densidad, rendimiento, conformación, orientación cristalográfica, corrosión, adhesión.

La propia pieza a máquina es típicamente una pieza a máquina de un solo material. Sin embargo, puede tener forma de dos o más piezas a máquina, como una pieza a máquina compuesta, en la que la región o regiones abarcan la interfaz entre las piezas a máquina compuestas. De esta forma se puede usar el método para unir piezas a máquina entre sí lo que es beneficioso, por ejemplo, cuando se proporcionan conexiones eléctricas entre las piezas a máquina compuestas.

La región o regiones fundidas pueden tomar diversas formas. Cada región se define preferiblemente por el rayo que se hace recorrer en relación con la pieza a máquina a lo largo de una trayectoria desde una posición inicial hasta una posición final. Por lo tanto, tales formas de la región incluyen regiones alargadas, que pueden ser curvas o rectas bien sea totalmente o parcialmente, y tienen puntos iniciales y finales del movimiento del rayo relativo que se desplaza. Preferiblemente, la longitud de una trayectoria de este tipo es por lo tanto sustancialmente al menos tres diámetros del rayo. El ejemplo más simple de una región alargada es una región rectilínea. Sin embargo, otras formas de región fundida incluyen curvas y bucles, tales como, diversas fracciones de una trayectoria circunferencial que define un círculo.

Típicamente, se hace que el rayo siga una trayectoria particular de tal manera que las ubicaciones de la proyección y del orificio están en extremos opuestos de la trayectoria del rayo. Sin embargo, debido a las físicas asociadas con el proceso, la proyección se forma típicamente al comienzo de la trayectoria del rayo, con el orificio en su extremo final. El material fundido en cada caso fluye de manera en que coincida sustancialmente con la región en cuestión. Sin embargo, tal coincidencia puede no ser total debido al gran volumen de material en la fase líquida en comparación con aquel de la matriz sólida desde la que se forma, y debido a las dinámicas de flujo del proceso.

En algunos casos diversas trayectorias tomadas por el rayo con respecto a la pieza a máquina en una o más etapas posteriores no son idénticas. Esto permite que se produzcan diferentes formas de elementos. Como alternativa, cada una de las regiones de la etapa 3) puede coincidir sustancialmente con la región de la etapa 1).

El método puede comprender también formar uno o más grupos de regiones, intersectando cada grupo la región de la etapa 1). En este caso los orificios de cada grupo se pueden disponer para ser sustancialmente coincidentes con el orificio de la región de la etapa 1). Las proyecciones pueden de igual forma disponerse en coincidencia. Los grupos de las regiones pueden también disponerse en una matriz regular.

La al menos solidificación parcial de cada región tiene una escala de tiempo finita asociada y el uso eficiente del rayo de energía se puede realizar formando una o más regiones en cualquier lugar sobre el sustrato durante tal solidificación.

Las piezas a máquina formadas a partir de más de un material, tales como, aquellas provistas de un revestimiento, se pueden usar también de manera que se forme una aleación durante la realización del método. Se pueden añadir uno o más materiales adicionales durante la realización del método para conseguir la aleación, por ejemplo, el método se puede realizar también bajo una atmósfera de gas para producir la aleación adecuada.

Diversas morfologías de proyección se pueden realizar usando el método, por ejemplo, regiones de intersección se pueden disponer para formar proyecciones que sobresalgan por encima de la superficie de la pieza a máquina. Estas pueden actuar como ganchos cuando la superficie esté implicada en la unión, incrementando de esta manera el efecto de unión. Tales salientes pueden también aglomerarse para formar estructuras que sobresalgan de la superficie. Por ejemplo, un número de salientes sobresalientes, pueden usarse para formar bucles encima de la superficie de la pieza a máquina.

En algunos casos es deseable que los orificios y las proyecciones formadas tengan superficies regulares. De hecho, con el uso de los parámetros apropiados, en muchos materiales estas estructuras, particularmente los orificios, pueden formarse con superficies remarcadamente regulares (como se ha demostrado en las figuras que se describirán más adelante). Como un procedimiento de suavización adicional o alternativo, la densidad de energía del rayo de energía puede reducirse durante la etapa 3) con respecto uno o más movimiento previos del rayo, para suavizar los bordes de la proyección o proyecciones y/o orificio u orificios formados.

Una aplicación importante adicional de la presente invención es la unión de piezas a máquina, particularmente de materiales diferentes tales como metales y compuestos. También se refiere, pero no exclusivamente, a uniones metal a metal, uniones plástico a plástico, uniones cerámica a cerámica y combinaciones de las mismas.

Los beneficios de las estructuras compuestas en comparación con las partes metálicas son bastante conocidos por aquellos especialistas en la técnica. Sin embargo, aún existen muchos casos en los que las limitaciones de propiedades finales o el conservadurismo industrial y/o desventajas de fabricación han impedido sus usos. En vista de esto, se buscan compromisos que combinen compuestos y otros materiales de la forma más eficaz. Los ejemplos más comunes de esto serían a través de una combinación de sujeción mecánica y unión adhesiva.

Tales uniones híbridas se usan en gran medida para una gran diversidad de sectores industriales tales como el sector aeroespacial y el automotriz. Sin embargo, sus limitaciones están bastante documentadas, siendo la más significativa la carencia de transferencia de carga eficiente y regular en contraposición al uso de adhesivos en el aislamiento. Estas limitaciones se abarcan a través del diseño que a menudo hace fracasar los objetivos originales de usar el material compuesto.

El documento US-A-H788 describe un ejemplo de un método de unión plástico a metal en el que los orificios se forman en la superficie del metal grabando químicamente al agua fuerte o fresando. Estos orificios al menos en parte aumentan en anchura con profundidad de grabado de manera que cuando se aplica una capa de plástico, se interbloqueará con la superficie metálica.

El documento CA-A-2302964 (generalmente correspondiente con los documentos EP-A-1048442 y EP-A-1197316) describe otro método de unión metal a plástico en el que los orificios se proporcionan en el miembro de metal a través del cual las fibras forman bucles.

El documento US-A-5691391 describe el moldeo por inyección de una alabe de plástico en un larguero. El documento US-A-5118257 describe la unión de un miembro de metal surcado con un alabe de turbina compuesto.

De acuerdo con un segundo aspecto de la presente invención un método para preparar una pieza a máquina en forma de un miembro, para unir una o más piezas a máquina adicionales, comprendiendo la formación de una multiplicidad de orificios en la superficie y/o a granel del miembro y formar proyecciones hacia fuera de la superficie del miembro, usando el método de acuerdo con el primer aspecto de la invención.

Por lo tanto, el miembro puede ser una pieza a máquina particular tratada de acuerdo con el método de la invención, o puede comprender un cuerpo intermedio, que tiene por objeto asentarse entre y efectuar la unión deseada de otras piezas a máquina.

Por lo tanto la invención es particularmente adecuada para unir piezas a máquina que no son similares, tales como, metales y compuestos, que pueden tener propiedades muy diferentes.

Por lo tanto, el método de modificación de la estructura proporciona una importante ventaja en la unión de materiales, que están entre el miembro (pieza a máquina) y una o más piezas a máquina adicionales. En particular, esto puede conseguirse mediante uno o más del tamaño, forma o disposición relativa de los orificios, y/o uno o más del tamaño, forma, disposición relativa o composición química de las proyecciones, controlándose de forma predeterminada. Por lo tanto, se contemplan muchos tipos diferentes de proyecciones y de orificios puesto que el método es aplicable a la unión de un gran número de tipos de materiales.

Preferiblemente, las proyecciones y/o orificios se forman para engranarse mecánicamente con la pieza o piezas a máquina a las que se une el miembro. Las proyecciones y/o orificios a través de todo el miembro pueden hacerse a medida para producir el interbloqueo mecánico óptimo con el material o materiales de la pieza o piezas a máquina.

Por ejemplo, en el caso de unir un miembro metálico con una pieza a máquina compuesta de fibra continua las proyecciones metálicas pueden curvarse para capturar las fibras y evitar el movimiento bien sea durante el procesamiento del compuesto o después del procesamiento cuando se estira la unión. Los orificios pueden tener un tamaño que permita que el polímero, y posiblemente los extremos de las fibras, fluya dentro de los orificios y permanezca capturado después del procesamiento del compuesto. En el caso de unir adhesivamente un miembro metálico con una pieza a máquina metálica el adhesivo podrá fluir dentro de los orificios y mejorar el interbloqueo mecánico después del curado. Por lo tanto, en los procesos en los que se desea el uso de adhesivo, los orificios pueden disponerse para tener un tamaño adecuado para acomodar un adhesivo.

Las proyecciones pueden disponerse para interactuar con estructuras complementarias dentro de la pieza o piezas a máquina. Las proyecciones pueden por lo tanto hacerse a medida para ajustarse a las características internas (que pueden o no tener orificios) en la pieza a máquina. En una aplicación particular en la que el miembro contiene metales con memoria de forma, se pueden alterar la forma de las proyecciones y orificios durante o después de la preparación de la junta.

Se puede proporcionar ventaja adicional adaptando el método de tal manera que las proyecciones y/o orificios formados cooperan con la pieza o piezas a máquina para distribuir cualquier tensión dentro de la junta entre la pieza o piezas a máquina y la pieza a máquina de miembro, y reduciendo de esta manera las concentraciones de tensión dentro de la junta. Típicamente son deseables en este caso las proyecciones que penetran de forma profunda dentro de sus piezas a máquina correspondiente.

Además, las proyecciones y/o orificios pueden disponerse para proporcionar propiedades mecánicas, físicas o térmicas locales predeterminadas. El método puede por lo tanto usarse para realizar la coincidencia de las propiedades entre el miembro y la pieza o piezas a máquina a las que se une. Típicamente, en un caso de este tipo, las proyecciones y/o orificios se disponen en parte del miembro para hacer que las propiedades térmicas y/o mecánicas locales en esta parte del miembro sean sustancialmente las mismas que aquellas de la pieza o piezas a máquina a las que esta parte del miembro se tiene que unir durante su uso. Un ejemplo de esto es que las propiedades del miembro pueden graduarse de tal manera que la parte en contacto con la pieza a máquina tiene propiedades mecánicas y/o físicas y/o térmicas que son sustancialmente iguales a aquellas de la pieza a máquina. Esta técnica puede reducir o evitar las concentraciones de tensiones que surgen en la junta debido a las incompatibilidades de las propiedades, tales como, módulos y coeficiente de expansión térmica.

Como cualquier proceso térmico, el método de acuerdo con la invención puede inducir tensiones en la pieza a máquina. Modulando las características, la ubicación y el tiempo del proceso, estas tensiones se pueden usar para controlar la distorsión de la pieza a máquina.

Un beneficio adicional consecuente del método es que las proyecciones y/o orificios pueden disponerse para controlar la forma de fallo de la junta. Esto puede proporcionar muchos beneficios tales como la absorción de energía aumentada antes del fallo, asegurando que no tenga lugar el fallo parcial de la junta al reducir la capacidad de soporte de carga de la junta y asegurando que el daño sea detectable antes de que ocurra el fallo. Un ejemplo de este tipo es en el caso de unir un miembro metálico con un material compuesto de polímero reforzado con fibra. A través del diseño de junta, puede realizarse el fallo para iniciar como una deformación plástica en el miembro metálico, que pueda ser detectado antes del fallo y que pueda absorber grandes cantidades de energía. Esto es preferible para quebrar el fallo en el material compuesto, que puede ser repentino e indetectable.

La forma física del miembro se dispone también preferiblemente para maximizar el rendimiento mecánico de la junta una vez formada. La invención proporciona ventajas en una amplia diversidad de configuraciones de junta. Ejemplo de las posibles configuraciones se proporcionan en la Figura 31. Las juntas pueden consistir también en múltiples o combinaciones de estas configuraciones de junta.

De acuerdo con un tercer aspecto de la invención se proporciona una pieza a máquina que se ha tratado usando los métodos de acuerdo con el primer o segundo aspectos de la invención. Dentro de la invención se contemplan todas de tales piezas a máquina tratadas usando el método, incluyendo grandes estructuras que resultan de la unión de tales piezas a máquina tratadas con otras.

De acuerdo con un cuarto aspecto de la invención se proporciona un método para unir una primera pieza a máquina, modificada de acuerdo con el segundo aspecto de la invención, a una o más piezas a máquina adicionales. El método comprende preparar la primera pieza a máquina para la unión usando el método de acuerdo con el segundo aspecto de la invención, y unir después la primera pieza a máquina preparada de esta manera con la pieza o piezas a máquina adicionales. Parte o toda la superficie de la pieza a máquina que tiene que unirse con la pieza o piezas a máquina adicionales puede procesarse de esta forma.

Una vez formadas, las piezas a máquina se pueden unir además a otros miembros usando cualquier técnica de unión conocida en la técnica, tal como, soldadura, unión por adhesivo y co-curado. En el caso de la unión de un material compuesto polimérico reforzado con fibra con otro o con cualquier otro material, el proceso de unión puede realizarse al mismo tiempo que el procesamiento del compuesto, y la resina puede ser o no del único adhesivo usado.

Puede ser necesario precalentar las superficies de la pieza a máquina (miembro) antes de unirse de tal manera que se mejore y retengan las características de adhesión. Esto podría requerir procesos adicionales tales como, pero no restringido a, grabado al agua fuerte, anodización, revestimiento con resina e infusión de adhesivo, todos de los cuales son conocidos en la técnica.

Una aplicación preferida del método es unir las estructuras compuestas poliméricas reforzadas con fibra con metales. Un miembro metálico se trata en principio usando la invención. La preparación superficial según sea su caso podrá también realizarse sobre el miembro. El miembro metálico se une a la pieza a máquina compuesta durante la colocación del material compuesto sobre el miembro. Las proyecciones y orificios se diseñan de tal manera que existe una transferencia de carga más regular y un cambio menos repentino de las propiedades mecánicas y/o físicas y/o térmicas a través de la junta que en los métodos de unión previos. El diseño permite también que el fallo de la unión se inicie en el metal por medio de deformación plástica en lugar de un fallo por fragilidad en la pieza a máquina compuesta.

Se prevé que el miembro de la pieza a máquina podría fabricarse mediante una tercera parte en las longitudes apropiadas que podrían cortarse a medida por el usuario cuando se requiera y la incorporación del miembro podría integrarse suavemente dentro del proceso de fabricación del compuesto. Por ejemplo, el método podría usarse para proporcionar un metal que termine en un componente compuesto para posibilitar la unión posterior del componente a una estructura de metal por medio de soldadura metal a metal.

Esta aplicación es particularmente adecuada para el uso aeroespacial en el que los materiales comunes que pueden usarse incluyen, pero no se restringen a, aluminio y aleaciones del mismo, titanio y aleaciones del mismo, y compuesto polimérico reforzado con fibra de carbono. Otros materiales que se pueden usar en otros sectores industriales incluyen acero inoxidable, material compuesto polimérico reforzado con fibra de vidrio y reforzado con aramida o mezclas de los mismos, polímeros termoplásticos y materiales compuestos termoplásticos reforzados de fibra.

Por tanto, se proporciona un nuevo tipo de método de unión. Este abarca las limitaciones de las estructuras híbridas actuales enmarcando los conceptos generales de unión mecánica a un nivel macro/micro, típicamente en conjunto con la unión adhesiva a un nivel micro/molecular.

Un aspecto importante de esta invención se refiere al hecho de que los orificios y las características externas se forman a partir del material padre (tal como metal) y no surgen a partir de una modificación de óxido como con la anodización u otro proceso químico que interactúa y cambia químicamente la superficie del material a granel. Sin embargo, podría usarse la anodización u otro proceso químico siguiendo el tratamiento de acuerdo con la invención.

La forma y distribución de las proyecciones y orificios son importantes. Los orificios pueden o no interconectarse pero para aplicaciones de unión estos preferiblemente no se aislarán de la superficie del metal, es decir, deberían ser capaces de cargarse con una resina o adhesivo antes o durante del proceso de unión. No obstante, el método puede proporcionar ventajas en algunas aplicaciones en las que se desea porosidad interna, mediante la creación de orificios aislados dentro de la estructura de material.

Algunos ejemplos de los métodos de acuerdo con la presente invención se describirán a continuación con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

La Figura 1 ilustra un solo barrido a lo largo de un sustrato;

La Figura 2 ilustra el barrido de la Figura 1 en una sección transversal;

Las Figuras 3 a 5 son vistas similares a las de la Figura 2 pero ilustrando

2, 3 y n barridos que se intersectan respectivamente,

La Figura 6 es una vista en perspectiva del ejemplo de la Figura 5;

Las Figuras 7 a 9 ilustran un sistema de notación;

La Figura 10 ilustra la formación de una “súperproyección”;

La Figura 11 ilustra la creación de un “súperorificio”; La Figura 12 ilustra la formación de una red de súperorificios y de súperproyecciones; La Figura 13 es un fotomicrográfico de una súperproyección en un acero inoxidable austenítico; La Figura 14 es un fotomicrográfico de un área del sustrato mostrado en la Figura 13; La Figura 15 es un fotomicrográfico que muestra las proyecciones formadas con una trayectoria de rayo parcialmente circular; La Figura 16 es un fotomicrográfico que muestra el uso de múltiples trayectorias de rayo curvadas; La Figura 17 es un fotomicrográfico que muestra orillas; La Figura 18 es un fotomicrográfico que muestra elementos superpuestos; La Figura 19 es un fotomicrográfico que muestra orificios y proyecciones triangulares; La Figura 20 es un fotomicrográfico que muestra orificios y proyecciones en una estructura son superficie modificada; Las Figuras 21A a 21F muestran diversos motivos de acuerdo con la tabla de la Figura 32; La Figura 22 es una vista en perspectiva de una junta que contiene una pieza a máquina modificada de acuerdo con la invención; La Figura 23 es una vista en perspectiva del miembro de pieza a máquina; La Figura 24 muestra la colocación de las capas del compuesto sobre la pieza a máquina; La Figura 25 muestra una vista adicional de la pieza a máquina y compuesto unidos; La Figura 26 es una vista en sección esquemática que muestra la interacción entre las proyecciones y el compuesto; La Figura 27 muestra un ejemplo de la interacción entre las capas de proyectantes y del compuesto de fibra; La Figura 28 es una imagen de las proyecciones en una pieza a máquina; La Figura 29 muestra la formación de la “aerolámina”;

La Figura 30 muestra los orificios de penetración sobre el lado inferior de

una pieza a máquina tratada;

La Figura 31 es una tabla que muestra ejemplos de tipo de juntas; y

La Figura 32 es una tabla que muestra los parámetros de proceso.

En todos los ejemplos descritos, la modificación de la estructura se realiza mediante un rayo de electrones (EB) enfocado generado usando una fuente de rayos de electrones convencionales, moviéndose el rayo con respecto a un sustrato. Por supuesto, como se ha mencionado anteriormente, la pieza a máquina podría moverse con relación al rayo o de hecho ambos podrían moverse. Como alternativa, podrían usarse otros rayos de energía tales como láser.

La Figura 1 ilustra la formación de un solo barrido en una pieza a máquina 1 tal como acero. El barrido comienza en la ubicación etiquetada 2 en la Figura 1 haciéndole una pequeña joroba (proyección) a la formación. El rayo se mueve después en una trayectoria generalmente lineal 5 para crear una región fundida 3 y termina en un punto 4 en el que se forma un pequeño orificio (cráter o cavidad). Esto dará como resultado la colocación del material de sustrato y a éste se le permite solidificarse sustancialmente, generalmente mientras que el rayo esta creando el barrido o barridos en otras ubicaciones. El rayo puede después retornar a su ubicación de barrido para repetir el barrido bien sea exactamente o de otras formas como se describirá con más detalle a continuación.

Debe observarse que, en este ejemplo, el material fundido fluye en una dirección indicada por una pequeña flecha como se muestra en la Figura 2) que se opone a aquella de la trayectoria del rayo (indicada por la flecha 5). El movimiento de material en los ejemplos descritos ocurre por medio de una combinación de dos mecanismos distintos. El primer mecanismo utiliza la presión dentro de una cavidad cargada con vapor trasladada (TVFC) de una forma similar a aquella durante la soldadura con rayo de electrones. Este efecto de presión, una vez combinado con la traslación del “chavetero” de rayo, da como resultado en un desplazamiento neto del material en una dirección contraria a la traslación. Bajo estas condiciones, dado que la distancia de traslación a lo largo de la trayectoria (“longitud de barrido”) excede una distancia que es sustancialmente aproximadamente tres diámetros de rayo, y la solidificación del material procede de forma uniforme aproximándose al movimiento del rayo, entonces la cantidad de material desplazado se fija, independientemente de la longitud del barrido. Sin embargo, la distancia aparente del movimiento de material neto sólo depende de la longitud del barrido en este caso. Por lo tanto, puede observarse que estos dos parámetros pueden controlarse independientemente para generar el efecto deseado.

El segundo mecanismo se basa en la variación de tensión superficial con la temperatura del metal líquido. Este flujo conducido por el gradiente de temperatura de tensión superficial (STTG) depende de la dirección del “barrido” excepto en la forma que afecta la distribución de temperatura dentro del metal liquido. El desplazamiento de material STTG ocurre de la siguiente forma. Suponga una región con poca profundidad alargada (al menos dos veces más que su anchura) de material se funde rápidamente dentro de una superficie más grande, esencialmente plana pero no se enfría a una velocidad uniforme. Obsérvese que la piscina tendrá una superficie ligeramente convexa (puesto que el metal líquido caliente tendrá típicamente un mayor volumen que el sólido más frío circundante). En ausencia de cualquier otra fuerza tal como gravedad, la presión de vapor del rayo incidente y así sucesivamente, entonces esta superficie convexa tendrá una forma uniforme. Sin embargo, si un extremo de la piscina se enfría antes que el otro, y la tensión superficial depende fuertemente de la temperatura, entonces la superficie superior convexa se la piscina tendrá una forma inestable. Si la tensión superficial es mayor a altas temperaturas, entonces el extremo caliente de la piscina se aplanará, y un volumen correspondiente del material formará un abombamiento en el extremo más frío de la piscina. Si la tensión superficial es menor a alta temperatura, ocurrirá lo contrario.

Puede observarse que para que ocurra el flujo de material STTG, lo que se requiere es que exista un gradiente de temperatura controlado a través de una piscina de líquido a medida que se enfría. Normalmente, el gradiente de temperatura está en la dirección del “barrido”, y para la modificación superficial se obtiene un mejor resultado de “esculpido” cuando los efectos del STTG y TVFC son aditivos. Sin embargo, un rayo con baja densidad de energía se puede usar para desplazar el material en la dirección contraria del barrido si no existen otros factores que causen un cambio del gradiente de temperatura dentro de la piscina.

Para un barrido que incorpora un movimiento predominantemente rectilíneo con respecto al trabajo 1, la longitud del barrido es típicamente varias veces mayor que el diámetro del rayo. Si la trayectoria del barrido 3 es curvo, un típico radio de curvatura mínimo sería comparable (pero sin limitarse a) con el diámetro del rayo.

Como se ha explicado anteriormente, cada barrido es capaz de generar una pequeña piscina de material fundido, que se traslada a través de la superficie del trabajo 1. En esta piscina, existe típicamente una fuerza importante para darle forma a la superficie, a partir de la presión de vapor que surge de la incidencia del rayo sobre la superficie de metal. El efecto de cada barrido es desplazar una pequeña cantidad de material. Como se muestra en la Figura 2, típicamente una pequeña cantidad de material en exceso se observa como una joroba 2 al comienzo del barrido. Un pequeño orificio 4 correspondiente en tamaño se observa al final del barrido.

Si un segundo barrido se superpone exactamente sobre el primero, tanto el orificio final 4 como la joroba inicial 2 tendrán en un principio una aproximación duplicada en tamaño (Figura 3). En este punto se indica el material fundido una vez con el número 6, fundiéndose dos veces la región anterior.

Si un tercer barrido de superposición se superpone sobre los primeros dos, el orificio final 4 y la joroba inicial 2 serán aproximadamente tres veces más grandes que después del primer barrido (Figura 4). Las regiones de material fundidas una vez y doblemente fundidas se indican con los números de referencia 6 y 7, respectivamente.

Después que un número de barridos de superposición, el material en la joroba inicial 2 ya no puede enfriarse adecuadamente por la masa debido a que ahora está en conexión remota con la misma. Esto puede dar como resultado que no exista mayor aumento en altura de la joroba inicial con barridos sucesivos adicionales de una misma naturaleza debido a que cada barrido ahora re-funde casi todo el material del barrido anterior. Después de un número n de barridos de superposición.

(Figuras 5 y 6), el orificio final 4 en el trabajo 1 y la joroba inicial 2 pueden tener mayor proporción altura/profanidad con respecto a la de anchura. Cuando esto sucede, el rayo incidente ya no puede fundir la misma cantidad de material en el cráter final debido a una caída eficaz en la densidad de energía del rayo por unidad de área en el punto de incidencia.

Las Figuras 7 a 9 muestran un sistema de notación para describir algunos de los ejemplos mencionados a continuación. En la Figura 7, se usa un patrón de barrido 1000 para producir 250 proyecciones usando un patrón de barrido del tipo “B”. Una proyección inicial se indica con el número de referencia 8 y un cráter final (orificio con el número de referencia 9). Una línea entre estas posiciones muestra la trayectoria del rayo y una flecha sobre esta línea indica la dirección del flujo de material. Como se muestra, el número de proyección “1” se forma a partir del número de barridos 1, 21, 41, 61. La Figura 8 lo muestra más genéricamente, indicando el uso de cuatro barridos con otros veinte barridos en otras ubicaciones separadas de los mismos. Como se muestra en la Figura 9, “n” denota el número de barridos en cada ubicación, “r” el número ante cada re-visita, “H” el número de proyecciones y “S” el número de barridos en el patrón repetido.

Si se superponen las posiciones iniciales de varios barridos diferentes, el efecto es hacer una proyección inicial superpuesta muchas veces mayor que cada uno de los orificios finales, en concreto una “súperproyección” (Figura 10). Para esto n=20, r=250, H=250 y S=25000. Las proyecciones de 5 posiciones de barrido diferentes se superponen para conseguir este propósito.

Si ninguno de los orificios finales se superponen en lo absoluto sino que lo hacen todas las proyecciones iniciales, entonces el resultado será una reducción general de la altura de la superficie de sustrato que circunda un elemento de proyección inicial dimensionable.

Si se superponen los orificios finales de varios barridos, el resultado puede ser realizar un orificio que es varias veces mayor que cada una de las proyecciones iniciales, es decir, un “súperorificio” (Figura 11). Aquí n=3, r=10, H=10, S=120. Se usan cuatro posiciones de barridos para conseguir este súperorificio.

Si no se superpone ninguna de las proyecciones iniciales sino que lo hacen todos los orificios finales, el efecto es realizar un orificio profundo que está circundado por una pequeña meseta ligeramente elevada por encimad de la superficie de la pieza a máquina original.

La Figura 12 muestra un ejemplo de una red de súperorificios (elaborado cada uno a partir de 3 posiciones de barrido) y súperproyecciones (cada una de 6 posiciones de barrido). n= 20 en este caso.

Si se forma la pieza a máquina dentro de las regiones que tienen que tratarse a partir de más de un material (por ejemplo aplanándose o revistiéndose con un segundo material), o el trabajo se realiza en un entorno gaseoso o líquido adecuado, se puede formar una nueva aleación funcional. En el caso de un revestimiento, barridos sucesivos pueden desplazar el material bien sea del propio revestimiento, o de un área expuesta del sustrato según se desee. De esta forma, la composición y las propiedades de una proyección inicial se pueden graduar desde la parte superior hasta la parte inferior. Típicamente, el proceso da como resultado pequeñas pérdidas de material procesado en forma de vapor y salpicadura, particularmente cuando se opera significativamente en el modo TVFC. Mientras más volátiles sean los elementos las pérdidas del material procesado estarán típicamente de forma preferencial en forma de vapor. Por ejemplo, en muchos materiales, del 50 al 95% del material procesado puede desplazarse pero permanece fijado a la pieza a máquina o piezas a máquina después del procesamiento.

La pérdida de ciertos elementos del material base durante el tratamiento con el método pueden usarse deliberadamente para cambios localizados en la composición, estructura y propiedades, según se requiera.

Puesto que las superficies acabadas de procesar están limpias y receptivas al revestimiento adicional, puede ser conveniente realizar este revestimiento durante o inmediatamente después del tratamiento con el rayo de energía. En algunos casos un revestimiento de un elemento o elementos preferentemente perdidos puede fácilmente formarse durante el proceso.

Si los barridos lineales sucesivos se realizan en la misma ubicación, el resultado normalmente es que la proyección inicial tiene aproximadamente forma triangular. Los lados de la proyección inicial que se orientan lejos de y hacia cada lado de la dirección del barrido son caso verticales. El otro lado se sesga normalmente hacia la superficie del sustrato. El orificio final puede también tener una forma triangular correspondiente.

La geometría del orificio final puede controlarse de forma similar, dado que el rayo tiene una línea de acceso de observación hasta la parte inferior del orificio, lo que puede requerir una compleja manipulación del rayo/pieza a máquina en caso de un orificio final inclinado.

El proceso se aplica generalmente a una superficie perpendicular a la dirección del rayo de energía incidente, pero en muchos casos puede aplicarse exitosamente en otros ángulos a la superficie de la pieza a máquina.

Si se realiza de la forma correcta, el proceso permite la generación de ranuras en la superficie del trabajo que tienen lados paralelos.

Las ranuras (orificios alargados) en el trabajo pueden realizarse para intersecarse entre sí en muchas ubicaciones. Sin embargo, el desplazamiento de material correcto no se mantiene normalmente si una nueva trayectoria de barrido pasa a través una ranura existente.

Las ranuras pueden ser muchas veces más profundas y más largas que su anchura. En el espesor de sección adecuado, las ranuras pueden realizarse para penetrar totalmente el trabajo.

La anchura de ranura mínima se determina típicamente por el diámetro de aquella parte del rayo (el “núcleo”) que posee suficiente densidad de energía para crear el efecto de fuerza de formación descrita anteriormente.

Los lados de las ranuras formados mediante este proceso pueden consistir totalmente en el material re-fundido, que en la terminología del perforado por EB sería “indefinido”. En el proceso de escultura de la invención, el material “indefinido” de cada barrido se funde normalmente de forma regular con aquel de los barridos previos, dado que se use una densidad de rayo de energía apropiada. Por lo tanto, el resultado es una ranura con lados remarcablemente regulares y paralelos.

Aplicando el proceso inventivo con un rayo de diámetro y energía apropiado, pueden crearse elementos de casi cualquier tamaño sobre cualquier material que exhiba una fase líquida esencialmente estable en las condiciones del proceso.

Las condiciones de proceso especiales pueden requerirse en aquellos casos en los que la tensión superficial de la fase líquida tiene una función muy fuerte de temperatura.

Si el uno o más materiales (coincidentes o no coincidentes) se añaden continuamente a lo que sería normalmente la región “de orificio final” del trabajo, el resultado neto podrían ser elementos erguidos sobre la superficie con pocos orificios o sin orificios correspondientes, según se desee. El material adicional puede añadirse por medio del uso de técnicas convencionales, por ejemplo, alambres o polvo. Si el material se retira continuamente de la región de “proyección inicial” del trabajo, el resultado puede ser orificios en el trabajo con poco o sin ningún material erguido. El material fundido en exceso puede retirarse por efecto mecha, succión o aspiración (por ejemplo por medio de un chorro de gas) o mediante la aplicación de un rayo de mayor densidad de energía que produce la erupción espontánea de la piscina fundida y la retirada del material de la pieza a máquina. En cualquier caso, el material puede retirarse o añadirse usando otro elemento separado, que pueda comprender una “espátula” consumible o desechable que se coloca próxima al trabajo. En este caso, la trayectoria de barrido caería parcialmente sobre el trabajo y la espátula.

Por lo tanto, una pieza a máquina que comprende dos o más partes separadas puede realizarse uniendo estas piezas entre sí usando la técnica. Realizando proyecciones de una o todas las partes del trabajo de la forma usual, pero de manera que atraviesen de una parte a las otras, puede realizarse una junta o juntas. Estas juntas pueden usarse para distintos propósitos, por ejemplo, conexión mecánica o eléctrica. Esto es un ejemplo de una pieza a máquina compuesta formada a partir de dos o más piezas a máquina componentes.

En el caso preferido, no se pierde tiempo entre barridos en ninguna ubicación apagando el rayo. En cambio, se usa el rayo durante este tiempo para procesar y barrer otras áreas de la pieza a máquina o piezas a máquina alternativas.

El número mínimo de ubicaciones separadas que se pueden procesar simultáneamente mediante un solo rayo continuo se establece por el tiempo tomado para cada barrido (o barridos) en la ubicación en relación con el tiempo de residencia requerido en cada ubicación entre barridos. El número máximo se limita solamente por las capacidades del sistema de desviación de rayo/manipulación de la pieza a máquina, dado que se tolera el enfriamiento adicional proporcionado por un tiempo de residencia mayor que el que es estrictamente necesario.

En algunos casos puede preferirse usar múltiples rayos de energía de forma simultánea para realizar la invención. Por ejemplo, un caso simple es tener una segunda columna disparadora de electrones separada idéntica a la primera. Usando este enfoque, cada columna disparadora podría usarse de forma idéntica para procesar otras partes de una pieza a máquina al mismo tiempo. Usando este enfoque, pueden añadirse generadores de rayos adicionales según se requiera. Un método alternativa es emplear múltiples emisores de rayo pero con una proyección de rayo y sistema de manipulación común. De esta forma una multiplicidad de rayos pueden realizarse para trabajar simultáneamente sin un gran aumento de la cantidad de equipos necesarios. Si se requiere, muchos de tales sistemas pueden usarse simultáneamente para realizar el proceso a una velocidad mayor.

En un caso, la pieza a máquina puede ser estática con respecto al generador del rayo de electrones. Un patrón de desviación del rayo “global” manipula el rayo entre una matriz de ubicaciones (por ejemplo un patrón que comprende filas y columnas con espaciamiento uniforme) sobre la superficie del trabajo. En cada ubicación una puede realizarse desviación de “motivo”, comprendiendo uno o más “barridos” según se requiera. Después de un número de repeticiones del patrón de desviación “global”, el proceso se completa, y se interrumpe el rayo.

En otro caso, los patrones “global” y “motivo” se usan como se han descrito anteriormente. Sin embargo, en este caso, la pieza a máquina también está en movimiento, de tal manera que después de cada repetición del patrón “global”, se superpone diferentemente sobre el trabajo. En cada repetición, la primera columna de ubicaciones en el patrón global está ahora sobre material virgen, la segunda columna está sobre otras aquellas ubicaciones que fueron expuestas más recientemente a la primera columna, y así sucesivamente. En las modificaciones de este proceso:

A) el número de columnas en el patrón “global” puede realizarse para igualar el número requerido de visitas o barridos en cada ubicación. De esta forma, el proceso puede aplicarse de forma continuo a una tira o lámina en movimiento de material sustrato, con un efecto de malla exactamente equivalente en cada ubicación (excepto aquellos al comienzo y al final del recorrido) en cada caso; B) si se aplica a una parte de la simetría circular que se hace girar durante el proceso, puede obtenerse una acción exactamente equivalente (excepto el cambio de temperatura exacto entre dos barridos diferentes en algunos casos) en cada ubicación sobre el trabajo. Esto puede conseguirse dado que el movimiento del trabajo está exactamente sincronizado con la desviación del rayo global, de tal manera que 360 grados de giro corresponden exactamente a un número entero de repeticiones del patrón global; C) cada columna en el patrón global puede disponerse para producir un patrón de barrido equivalente en cada ubicación, o uno diferente en cada

ubicación. En combinación con el movimiento de la pieza a máquina,

esto se puede usar para crear elementos más complejos o inclinados

sobre el trabajo; o

D) si se requiere, se puede añadir o retirar material del trabajo en las

ubicaciones que se fijan con respecto al disparador de electrones.

Algunos ejemplos de la aplicación del método al acero inoxidable austenítico se muestran en las Figuras 13 a 15.

La Figura 13 ilustra una sola súperproyección circundada por seis orificios. La Figura 14 ilustra la ubicación de la súperproyección mostrada en la Figura 13 con respecto a sus proximidades inmediatas.

Los parámetros de estos ejemplos se exponen en la tabla que está en la Figura 32.

Los ejemplos de la modificación estructural de acuerdo con la invención usando trayectorias de rayo curvadas en el acero inoxidable austenítico, se muestran en las Figuras 15 y 16. La Figura 15 muestra proyecciones erguidas, formada cada una usando una trayectoria de rayo parcialmente curvada. En la Figura 16, un elemento de proyección erguida central se forma en el centro de una matriz 2 por 2 de trayectorias de rayo (parcialmente circular) curvada en los alrededores. Los parámetros de proceso usados en cada uno de los casos se detallan en la tabla de la Figura 32.

Los elementos solapantes pueden conseguirse también usando este método. Los parámetros en la Figura 32 proporcionan también detalles de ejemplos de operaciones “de esculpido” sucesivas superpuestas. Los detalles de las trayectorias de rayo se proporcionan en las Figura 24A a 21F como se ha referenciado en la Figura 32. En las Figuras 21A a 21F las líneas discontinuas indican el movimiento general del patrón de trayectoria de rayo repetido (las líneas continuas) con respecto al primero

Estas permiten la creación de elementos más elaborados. En un ejemplo, se realiza un bajo número de orillas anchas de material por medio de una primera operación. Estas orillas se procesan después por medio de una segunda operación, que produciría normalmente orificios y proyecciones de altura aproximadamente igual por debajo y por encima de la superficie de material. Sin embargo, en este caso, debido a que los orificios se generan dentro de una orilla erguida de poco material, los orificios no penetran profundamente dentro del espesor original del material. Esta es una forma de realizar altos salientes por encima de la superficie original de material sin orificios correspondientemente profundos en la superficie. Como se muestra en la Figura 17, un número de “aletas” y “ranuras” se superponen sobre las orillas bajas. Los detalles adicionales se proporcionan en la Figura 32.

Si se inician barridos lineales sucesivos en ubicaciones ligeramente diferentes, por ejemplo, requiriendo cada uno una trayectoria longitudinal ligeramente diferente para conseguir el mismo orifico final, el resultado será un elemento de proyección inicial no vertical. En este caso, si se usan trayectorias de barrido sucesivamente más cortas, el lado de la proyección inicial que se orienta lejos de la dirección del barrido se sesgará también agudamente con respecto a la superficie del sustrato. Este efecto puede hacerse a medida para producir un elemento de proyección inicial aproximadamente simétrico.

Como alternativa, con una trayectoria de barrido sucesivamente mayor, el lado del la proyección inicial que se orienta lejos de la dirección de barrido se inclinará con respecto a la superficie del sustrato para producir un elemento sobresaliente.

Si se realizan barridos lineales sucesivos en la misma dirección pero los barridos no se superponen exactamente de manera que existe un pequeño desplazamiento con cada barrido en una dirección transversal con respecto a la dirección de barrido lineal, el efecto será producir una proyección inicial que se incline con respecto a la superficie del sustrato.

En estos dos casos, si las proyecciones iniciales inclinadas próximas se realizan de tal manera que están inclinadas unas con respecto a las otras, varias proyecciones iniciales pueden fundirse entre sí. Esto puede realizarse de tal manera que se cree un “bucle” o “bucles” de material fundido que sobresale de la superficie del sustrato.

Volviendo a la producción de los elementos “salientes” (inclinados)”, la longitud real de la trayectoria fundida realizada por cada “barrido” es ligeramente mayor que la longitud actual del barrido, por una cantidad relacionada con el diámetro del rayo de electrones, las propiedades de material y la velocidad del barrido. Esto significa que el material desplazado por un único barrido puede realizarse para sobresalir o proyectarse más allá del inicio del barrido anterior o un elemento periférico al comienzo del barrido. Si se reposicionan los barridos sucesivos, haciendo que cada uno inicie en una posición más saliente posterior, entonces el saliente puede realizarse para proyectarse más allá después del borde.

De esta forma, los orificios formados en una pieza a máquina de sección gruesa pueden realizarse para bloquearse parcialmente por las predicciones de metal en la superficie superior. Una aplicación de esto es en la fabricación de filtros finos a partir de partes monolíticas con oficios relativamente grandes perforados en los mismos. Las ranuras u orificios que se crean cuando se desplaza el material saliente permiten la transferencia libre de material líquido a través de la superficie, si esto se requiere. Esto posibilita el flujo de líquido de regiones entre los orificios.

Si se ejecutan barridos desplazados sucesivos sobre una superficie plana, pueden realizarse los elementos salientes para que vayan hacia atrás proporcionando una apariencia similar a un gancho. Una aplicación ejemplar de esto es en la transferencia de carga entre un material reforzado con fibra y un sustrato de metal. La Figura 18 muestra un ejemplo de tales elementos salientes, con los parámetros de procesos indicados en la Figura 32. De hecho, usando una modificación en los parámetros indicados en la tabla de la Figura 32, pueden formarse orificios totalmente penetrantes en una pieza a máquina con 2 milímetros de espesor de la aleación de titanio usada.

La modificación implica introducir una pausa para permitirle al material enfriarse, reduciendo de esta manera la distorsión de la pieza a máquina.

La Figura 19 ilustra el uso del método en una muestra de acero con bajo contenido carbónico T299.

La Figura 20 muestra un ejemplo adicional en A1 5083, T291. En cada caso, se proporcionan detalles adicionales en la Figura 32.

La “capacidad de esculpido” de un material depende del número de parámetros, incluyendo aquellos mencionados en la tabla de la Figura 32. Además, la pureza del material tiene un efecto significante. Tanto las homogeneidades locales en el material, como las cantidades de elementos volátiles disueltos hacen grandes diferencias en la “capacidad de esculpido” del material.

En algunos casos, tales como en los que tienen por objeto producir una depresión u orilla esencialmente amplia, plana en el trabajo, la excavación inicial del “orificio” puede realizarse mejor usando un rayo relativamente intenso. Esto pude dejar el orificio y la orilla relativamente áspera en apariencia superficial. Utilizando un rayo de menor densidad de energía bien sea en las etapas finales de excavado, o como una operación posterior, la velocidad del desplazamiento del material puede reducirse en gran medida, pero puede generarse un acabado más suave del orificio u orilla.

La invención puede implementarse usando diversos ángulos entre el rayo y la superficie de la pieza a máquina. Se mantiene normalmente que diversos procesos de rayos de energía pueden sólo operarse sobre superficies que se sesgan alejándose de ser normales al rayo hasta un cierto punto. Esto limita el taladrado de los orificios poco profundos, angulares usando tales rayos. Este efecto se debe a que una reducción de la densidad de energía geométrica como una (dicha) locación redondeada se convierte en elíptica sobre la superficie del trabajo y debido a la reflectancia típicamente aumentada de la superficie con respecto al rayo de entrada en los ángulos de enfoque poco profundos. Para el taladrado con rayo láser/electrón u otros procesos útiles, la densidad de energía requerida para el proceso destinado es sustancialmente mayor que la que se requiere para fundir el material. Sin embargo, con la presente invención, incluso si la densidad de energía sólo es suficiente para fundir el material, es posible ejecutar la modificación estructural dado que el mecanismo de flujo de conducción STTG se opera en el material en cuestión. Una operación de este tipo se puede usar para producir un cambio en la inclinación local de la pieza a máquina. Por lo tanto, es posible realizar éste localmente sobre una pieza a máquina inclinada como un precursor para una operación posterior que requiere una mayor densidad de energía en el rayo.

A continuación, se describe un ejemplo adicional que ilustra el uso de la invención en la aplicación importante para preparar estructuras de piezas a máquina que tienen que unirse.

La apariencia global de una junta de este tipo realizada de acuerdo con un primero de esto ejemplos se ilustra en la Figura 22 la cual ilustra una primera pieza a máquina 100 compuesta unida a una segunda pieza a máquina metálica 101 usando un miembro intermedio 102. La unión entre los componentes metálicos 101 y 102 se consiguen mediante un método de unión que se describe a continuación. La soldadura se indica con el número de referencia 103.

Como se ilustra en la Figura 23, en el presente ejemplo el miembro intermedio metálico 102 se forma mecanizando algo de titanio para darle la forma requerida para una junta biselada asimétrica. Algunos ejemplos de mayor número de otras configuraciones de junta posible se muestran en la Figura 31.

La superficie 104 que tiene que unirse a la pieza a máquina compuesta 100 se muestra en la Figura 23. Después del mecanizado la superficie se trata después con un sistema de rayo de electrones que usa el método de modificación estructural de la invención. En este caso, el método de tratamiento se aplica a toda la superficie 104 para producir una matriz ordenada de proyecciones 105 y orificios 106 (mostrada esquemáticamente en la Figura 23).

Debe observarse que los diferentes patrones formados mediante la disposición relativa de proyecciones y orificios se pueden usar para adaptar a medida tales miembros a diferentes requisitos específicos. En el presente ejemplo, cada una de las proyecciones se dispone como puntas, siendo cada punta similar en forma y en tamaño. De la misma forma, cada uno de los orificios tienen similar forma y tamaño uno con respecto a los otros. Tal similitud por supuesto no es esencial pero en el presente ejemplo proporciona algo de conveniencia en la simplificación de los parámetros de procesos para la modificación estructural.

Cuando tales similitudes no se usan, en particular la forma y el tamaño de las proyecciones pueden diferir en diferentes áreas de la superficie en que se tienen que unir, para proporcionar diferentes propiedades de junta en dichas áreas. Las proyecciones pueden producirse también a diferentes ángulos, en lugar de ser sustancialmente normales a la superficie general desde la que se proyectan. Las proyecciones angulares tienen las ventajas de atrapar las fibras en compuestos y evitar que las mismas se muevan bajo la carga. Sin embargo, para una longitud dada de proyección a menor ángulo con respecto a la superficie, menor será la distancia que la proyección alcanzaría dentro del material compuesto y por lo tanto no se transferiría ninguna tensión a través del mismo dado el gran tamaño y profundidad del compuesto. Este es un ejemplo en el que la altura de las proyecciones debería adaptarse cuidadosamente.

La fórmula de las proyecciones puede también ser diferente en distintas partes del miembro. En algunos ejemplos una forma de gancho puede ser beneficiosa para la resistencia de junta.

En este ejemplo la composición química de las proyecciones podría también prepararse para variar en diferentes áreas de la pieza a máquina de miembro. Esto puede conseguirse mediante diversos mecanismos, algunos de los cuales son:

a) Vaporización preferencial de una parte de la aleación de miembro

metálico durante el procesamiento con rayo de energía;

b) El uso de un miembro que tiene varias capas en el que la mezcla del

material de las capas ocurre durante el procesamiento con rayo de

energía;

c) Adición de material adicional durante el procesamiento.

De forma similar a las proyecciones, el tamaño y la forma y así sucesivamente, de los orificios producidos podrían también ser diferentes en distintas áreas del miembro.

Ciertas propiedades mecánicas, físicas y térmicas, junto con algunos efectos que ocurren debido a los valores en estas propiedades, son dependientes de la densidad local del material en el miembro. Esto a su vez depende del volumen de los orificios creados. Por ejemplo, los problemas que surgen debido a las discordancias entre los valores de propiedades entre el miembro y la pieza a máquina a la que se une, pueden reducir o eliminarse mediante el diseño cuidadoso de la forma de los orificios y sus densidades en diferentes áreas del miembro.

Volviendo al presente ejemplo, siguiendo el tratamiento de la superficie de acuerdo con la invención, la superficie puede después tratarse adicionalmente de una forma apropiada para potenciar y retener las características de adhesión, tales como, granallado, grabado al agua fuerte o anodización.

Las capas 107 de “prepreg” epoxi reforzada con fibra de carbono se colocan después de la superficie del miembro tratada como se muestra en la Figura 24. Una vez que se completa la colocación del prepreg, toda la colocación se emplaza en un autoclave y se cura de una forma convencional. Mientras que el material y el método de fabricación para el panel compuesto usado en este ejemplo son prepreg de epoxi reforzada con fibra de carbono curado en autoclave, se apreciará que muchos otros materiales y métodos de fabricación pueden usarse para efectuar una junta metal a compuesto.

Un primer ejemplo alternativo comprende la colocación de una preforma fibrosa seca sobre el miembro seguido por la infusión por vacío de la resina dentro de la preforma. De hecho, existen muchos ejemplos de materiales adecuados. En el caso de un componente aeroespacial la fibra podría ser carbono, la preforma podría ser tejida, tejida por puntos, tela no ondulada o trenzada, la resina podría ser epoxi y la parte podría curarse térmicamente. En el caso de un componente marino, la fibra podría ser vidrio, la resina podría ser viniléster o poliéster y la parte podría curarse a temperatura ambiente.

Una segunda alternativa comprende la colocación de prepreg termoplástico reforzado con fibra de carbono sobre el miembro seguido por la consolidación en una prensa en caliente.

Cualquier proceso de fabricación, tales como aquellos descritos anteriormente, podrían requerir resina o adhesivo adicional para añadirse durante la colocación en la interfaz entre el miembro y la pieza a máquina para posibilitar el flujo dentro de al menos alguno de los orificios.

Tras la retirada del autoclave, el producto final comprende, una estructura compuesta 100 con un extremo metálico 102. Esto se ilustra en la Figura 25. Una ilustración de una sección transversal a través de la figura se muestra en la Figura 26. Esta muestra que las proyecciones metálicas del miembro sobresalen en la parte compuesta del producto. De forma similar, la resina y posiblemente alguna de las fibras a partir de la parte compuesta del producto han fluido dentro de los orificios en el miembro.

La Figura 27 muestra una sección transversal a través de una junta real con las predicciones metálicas en blanco que sobresalen hasta dentro de las capas del compuesto. Tal unión mediante las proyecciones con la pieza a máquina proporciona interbloqueo mecánico y transferencia de tensiones mejoradas a través del espesor de la pieza a máquina compuesta.

Se apreciará que la transferencia de carga entre el miembro y un compuesto reforzado con fibra se propagará sobre varias capas del refuerzo de fibra compuesta, debido a la forma en que las proyecciones penetran estas capas. Debido a que las proyecciones pueden realizarse muchas veces más grandes de lo que tienen en anchura, cuando la junta está bajo tensión, un esfuerzo de flexión elástico importante se induce en las mismas. En el caso más simple, una pequeña carga aplicada hace que una proyección aproximadamente paralela lateralmente se deforma elásticamente en la forma que predice la teoría del rayo voladizo cargado con el compuesto clásica. Sin embargo, las proyecciones pueden realizarse con casi cualquier perfil, para permitir que el módulo de cizallamiento del compuesto así como las cargas de junta compleja puedan surgir en la implementación. Esto significa que la distribución de carga en la junta puede alterarse beneficiosamente y controlarse en una forma que no sería posible normalmente.

De forma similar, puesto que las proyecciones se pueden orientar de forma diferente, y/o perfilarse para tener diferentes propiedades flexulares en diferentes direcciones, la transferencia de carga entre el compuesto y las partes de metal pueden hacerse anisotrópicas para coincidir mejor con la anisotropía del material compuesto.

Una etapa adicional en el proceso del presente ejemplo, como se ha mencionado anteriormente, el miembro intermedio metálico 102 puede unirse después a la estructura metálica como se muestra en la Figura 22 para producir un componente compuesto integrado dentro de una estructura metálica. Cualquier técnica de unión adecuada podría usarse para efectuar una junta entre la parte metálica del producto y la estructura metálica, incluyendo estos la unión con pernos, la unión por difusión, la soldadura por láser, la soldadura por fricción, la soldadura por rayo de electrones o la soldadura con resistencias.

Una imagen de una pieza a máquina típica se muestra en la Figura 28.

Esta muestra una pieza a máquina de titanio para una etapa de unión que tiene un número de proyecciones sobre algunas de sus superficies de unión. Las proyecciones tienen cada una longitud de aproximadamente 2 milímetros. Estas tienen un ángulo con respecto a la superficie de tal manera que su altura máxima encima de la superficie era de aproximadamente 1,5 milímetros. De forma similar, los orificios tienen una profundidad de aproximadamente 1,5 a 2 milímetros. El prepreg de fibra de carbono se coloca después sobre estas proyecciones para proporcionar un espesor de compuesto penetrado de aproximadamente 2,5 milímetros. En tales aplicaciones, se coloca típicamente el prepreg de fibra de carbono hasta un espesor de entre 1 y 15 milímetros dependiendo de las propiedades requeridas.

Las dimensiones para estas estructuras que tienen que unirse variarán pero podrían cubrir virtualmente cualquier espesor de compuesto de micras a metros.

Se apreciará que la modificación superficial y/o estructural de la invención proporciona ventajas en un número de aplicaciones. Algunas de las

cuales se describen brevemente a continuación.

A) Fabricar diferentes perfiles de orificios/ductos (por ejemplo, la forma de ducto “NACA”, para darle forma al flujo de gas o de líquido, u ondas de presión. B) Fabricar moldes/troqueles para texturas/funcionalidades superficiales novedosas y modificación estructural más profunda. También el endurecimiento superficial de algunos materiales es posible usando el método. Los orificios en el molde pueden usarse también para la degasificación e infusión de gas (para la liberación del molde). C) Tratamiento de materiales con bajos módulos (por ejemplo, cauchos) y/o los moldes usados para fabricarlos, para incorporar características estrechas profundas que de lo contrario serían problemáticos para fabricarlos, en por ejemplo, nuevos diseños para neumáticos. Nuevas estructuras de neumáticos pueden producirse para la gestión del agua y la reducción del ruido mejorados D) Fabricar prótesis, implantes y otras estructuras de ingeniería biomecánica con componentes metálicos, cerámicos o poliméricos para potenciar la unión a la materia biológica (tales como huesos) usando tratamientos que imitan de forma precisa superficies naturalmente biocompatibles. Las superficies de junta biomecánicas que soportan carga también pueden tratarse para rendimiento mejorado. E) Producción de superficies con topografía y/o composición química controlada, para aplicaciones tribológicas. Por ejemplo, procesando una superficie en placas, pueden fabricarse orificios pequeños e islas pequeñas de material compacto intermetálico, dentro de una matriz esencialmente suave. Estas u otras variantes de proceso pueden usarse para la fabricación de superficies de soporte. F) La producción de conexiones “Z” electrónicas en circuitería electrónica creando salientes con alta proporción de aspecto. G) La producción de numerosos orificios en los cascos de botes para el flujo de gas para proporcionar una “capa limitante asistida por gas” (GABL), reduciendo de esta manera la resistencia. En los materiales de superficie aerometálicos para aeronaves, se puede usar también el material tratado usando la invención, por ejemplo, para retirar parte del flujo en el ala para mantener las condiciones de flujo requeridas externas a la superficie. H) La preparación de material para la unión por difusión para analizar nuevos materiales (por ejemplo, aeroláminas) mediante la generación de una matriz regular de proyecciones salientes (véase Figura 29). La aerolámina puede producirse mediante láminas tratadas por unión junto con vacíos dejados en la línea central del material en lámina. La lámina con porosidad interconectada puede producirse uniendo las superficies apropiadamente tratadas entre sí, permitiendo el enfriamiento de fluido/gas o especies químicamente activadas para progresar a lo largo de la línea central de la lámina. La lámina con microporos puede producirse también formando orificios penetrantes en cualquiera de las caras superior e inferior de las láminas antes de la unión. Tratando una o más piezas de material usando la invención, que se unen después entre sí, o a una o más piezas no tratadas de material, el producto resultante puede tener propiedades mejoradas. Las técnicas de unión que pueden usarse incluyen todas las formas de soldadura, unión por difusión, granallado, unión por adhesivo y unión mecánica. Por ejemplo, estas se puede usar en la fabricación de materiales en lámina de gran rigidez y baja densidad y partes que contienen vacíos y canales internos. Si las láminas de titanio unidas por difusión se producen de esta forma para producir aeroláminas, el material resultante podrá tener propiedades específicas significativamente mejoradas. En este caso el material podrá también soldarse, cortarse, formarse y unirse usando las técnicas sustancialmente convencionales. Los paneles tratados pueden ensamblarse y unirse por soldadura en los bordes (por ejemplo, por medio de EBW) para proporcionar un envase sellado evacuado listo para la unión por medio de HIPing para proporcionar este tipo de material. Las conexiones entre las láminas ensambladas pueden hacerse a medida para proporcionar propiedades mecánicas, térmicas óptimas u otras dependiendo de las demandas de aplicación. Si el tratamiento inventivo se fabrica para producir orificios totalmente penetrantes en una o más partes de la estructura, entonces los fluidos podrán pasar a través de estos orificios y/o vacíos internos, por ejemplo, con propósitos de enfriamiento, calentamiento, mezcla, reducción de resistencia, o para reacción química. Uniendo las láminas de diferentes materiales entre sí, pueden fabricarse estructuras de compuesto avanzadas, por ejemplo, tomando las láminas enfrentadas metálicas que se han tratado usando la invención y uniéndolas con un núcleo de estructura en forma de panal de baja densidad. I) Superficies sónicamente activadas pueden producirse tratando el material usando el método para la destrucción o reflexión de la onda de sonido. J) Metales con memoria de forma pueden tratarse para proporcionar funcionalidades activas. El material a granel puede modificarse localmente, químicamente y geométricamente para proporcionar regiones funcionales que tienen localmente una composición de aleación con memoria de forma. K) El procesamiento de los elementos ópticos puede conseguirse con el método para modificar las propiedades ópticas (por ejemplo, la transmisión y reflexión) de una estructura, por ejemplo con funcionalidad holográfica. L) La producción de sensores puede conseguirse usando el método para efectuar una disposición precisa y/o angular de orificios o salientes, por ejemplo, en decodificadores lineales. M) Aparatos tales como intercambiadores de calor, convertidores catalíticos y recipientes de reacciones químicas con flujo pasante pueden todos producirse con propiedades mejoradas usando el método para producir los canales/orificios y/o proyecciones superficiales apropiadas en componentes apropiados. N) Funcionalidades superficiales bi-metálicas pueden conseguirse procesando una superficie a la que se le ha añadido material adicional, para realizar elementos estructurales que comprenden capas que son de dos o más composiciones diferentes. O) La producción de inyectores diesel puede realizarse también usando el método, con relación particular a las propiedades hidrodinámicas de la boquilla, y su capacidad para evaporar el combustible inyectado por chorro. El endurecimiento superficial del material re-fundido (producido mediante el método) se puede usar para mejorar las propiedades de desgaste. Además, los elementos de boquilla pueden realizarse para impartir un movimiento de remolino al flujo a través de la boquilla. Esto puede, por ejemplo, permitir también que las propiedades de flujo volumétrico se compensen automáticamente mientras el desgaste de la boquilla ocurre durante el servicio. P) Producción de orificios libres de virutas pueden conseguirse también usando el método. Cuando se realizan orificios totalmente penetrantes, bajo las condiciones correctas se forman orificios virtualmente libres de virutas en el lado más lejano de la pieza a máquina. Los orificios de este tipo pueden usarse en muchas aplicaciones en las que se requiere un borde de orificio libre de virutas. Estas pueden incluir varios procesos de corte o de cizallamiento, así como procesos en los que un flujo de fluido sobre una superficie perforada se interrumpe parcialmente teniendo bordes libres de virutas. Un ejemplo se muestra en la Figura 30. Q) Diversos tratamientos pueden aplicarse para condicionar la superficie que sigue al tratamiento usando el método. Por ejemplo, puede realizarse cualquier tratamiento de revestimiento o de conversión química. También, pueden realizarse diversos tratamientos mecánicos fuera de la superficie procesada. Por ejemplo, las proyecciones pueden deformarse en una nueva forma funcional, o simplemente deformarse para proporcionar la uniformidad perfecta de altura o conformación de una parte de unión. Las juntas ensambladas con tales superficies pueden tener contacto térmico y eléctrico superior que el que se esperaría normalmente a partir de la carga aplicada, suavidad y llanura, debido al modo de deformación local y al contacto en la interfaz. R) El método se puede usar para alterar diversos gradientes potenciales (incluyendo químicos, eléctricos, magnéticos) locales con respecto a una superficie, alterando de esta manera la deposición o retirada del material en la superficie, o el progreso de una reacción química en la superficie. S) La producción de material y superficies cristalográficamente texturizados/orientados puede conseguirse con el método. Típicamente, las proyecciones y otros elementos que “crecen” por medio de barridos sucesivos lo hacen inicialmente por medio de nucleación y crecimiento heterogéneo convencional. Sin embargo, bajo las condiciones correctas, puede hacerse que crezcan elementos de tal manera que adquieran la orientación del grano específico o la textura cristalográfica. Esto puede, por ejemplo, usarse para proporcionar estructuras/propiedades de

material específico por sí mismos, o controlar la orientación cristalográfica y/o morfología del crecimiento del material que se deposita posteriormente, o crecer de una fase líquida o gaseosa sobre la superficie a máquina. T) Micropartículas y fibras anisotrópicas pueden también producirse. Implementando una etapa de proceso diferente posterior a su formación, estos elementos pueden separarse de la pieza a máquina en forma de fibras o partículas anisotrópicas.

Claims (33)

1. REIVINDICACIONES

   1. Un método para modificar la estructura de una pieza a máquina (1), comprendiendo el método:

   1) provocar el movimiento relativo entre un rayo de energía y la pieza a máquina de manera que se funda una región (3) de la pieza a máquina y que el material fundido se desplace para formar una proyección (2) en una primera ubicación en la región y un orificio (4) en una ubicación diferente en la región;

   2) permitir que el material fundido se solidifique al menos parcialmente; y después de 3) repetir la etapa 1) una o más veces, intersecando la región correspondiente a cada repetición (6, 7) la región de la etapa 1).

2. 2.

   Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la etapa 3) que comprende además repetir la etapa 2) siguiendo cada repetición de la etapa 1).

3. 3.

   Un método de acuerdo con la reivindicación 1 o reivindicación 2, en el que la región se define mediante el rayo que se produce para el recorrido relativo con respecto a la pieza a máquina a lo largo de una trayectoria (5) desde una posición inicial hasta una posición final.

4. 4.

   Un método de acuerdo con la reivindicación 3, en el que la primera ubicación está en una de las posiciones inicial o final y la ubicación diferente está en la otra de las posiciones inicial o final.

5. 5.

   Un método de acuerdo con la reivindicación 3 o reivindicación 4, en el que la trayectoria tiene al menos tres veces el diámetro del rayo en longitud.

6. 6.

   Un método de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores en el que al menos parte de la región se alarga.

7. 7.

   Un método de acuerdo con la reivindicación 6, en el que la región es sustancialmente rectilínea.

8. 8.

   Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en

   el que al menos parte de la región se curva.

9. 9.

   Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la modificación comprende sustancialmente una modificación de la estructura de masa de la pieza máquina.

10. 10.

    Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la modificación comprende sustancialmente una modificación de la estructura superficial de la pieza a máquina.

11. 11.

    Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que cada una de las regiones (6, 7) de la etapa 3) coincide sustancialmente con la región (3) de la etapa 1).

12. 12.

    Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo además formar uno o más grupos de regiones, intersecando cada grupo la región de la etapa 1).

13. 13.

    Un método de acuerdo con la reivindicación 12, en el que los orificios de cada grupo son sustancialmente coincidentes con el orificio (4) de la región de la etapa 1).

14. 14.

    Un método de acuerdo con la reivindicación 12 o reivindicación 13, en el que las proyecciones de cada grupo son sustancialmente coincidentes con la proyección (2) de la región de la etapa 1).

15. 15.

    Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, en el que los grupos de las regiones se disponen en una matriz regular.

16. 16.

    Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que durante la etapa 2), el rayo de energía forma una o más regiones en cualquier parte sobre la pieza a máquina.

17. 17.

    Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la pieza a máquina está provista de otro material de manera que se

    forman una o más aleaciones durante la realización del método.

18. 18.

    Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que las etapas 1)-3) se realizan bajo una atmósfera de gas de manera que se forman una o más aleaciones.

19. 19.

    Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que las regiones que se intersecan se disponen para formar proyecciones que sobresalen de la superficie de la pieza a máquina.

20. 20.

    Un método de acuerdo con la reivindicación 19, en el que dos o más proyecciones salientes se unen para formar uno o más bucles por encima de la superficie de la pieza a máquina.

21. 21.

    Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la densidad de energía del rayo de energía se reduce durante la etapa 3) con respecto a uno o más movimientos previos del rayo de energía, para suavizar los bordes de la proyección y/o orificio formado.

22. 22.

    Un método para preparar una pieza a máquina en forma de un miembro, para unir una o más piezas a máquina adicionales, comprendiendo la formación de una multiplicidad de orificios en la superficie y/o masa del miembro y la formación de proyecciones hacia fuera de la superficie del miembro, usando el método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 21.

23. 23.

    Un método de acuerdo con la reivindicación 22, en el que uno o más del tamaño, forma o disposición relativa de los orificios y/o uno o más de tamaño, forma, disposición relativa o composición química de las proyecciones se controla de una forma predeterminada.

24. 24.

    Un método de acuerdo con la reivindicación 22 o reivindicación 23, en el las proyecciones y/o orificios se forman para engranarse mecánicamente con la pieza o piezas a máquina a las que se une el miembro.

25. 25.

    Un método de acuerdo con la reivindicación 24, en el que las proyecciones se disponen para interactuar con estructuras complementarias dentro de la pieza o piezas a máquina.

26. 26.

    Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 22 a 25, en el que los orificios tienen un tamaño adecuado para acomodar un adhesivo

    o resina.

27. 27.

    Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 22 a 26, en el que las proyecciones y/o orificios se forman de tal manera que, durante su uso, las proyecciones y/o orificios cooperan con la pieza o piezas a máquina para distribuir cualquier tensión dentro de la junta entre la pieza o piezas a máquina y el miembro, y reducir de esta manera las concentraciones de tensiones dentro de la junta.

28. 28.

    Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 22 a 27, en el que las proyecciones y/o orificios se disponen para proporcionar propiedades mecánicas, físicas o térmicas locales predeterminadas.

29. 29.

    Un método de acuerdo con la reivindicación 28, en el que las proyecciones y/o orificios se disponen en al menos parte del miembro para hacer que las propiedades térmicas y/o mecánicas locales en dicha parte del miembro sean sustancialmente las mismas que aquellas de la pieza o piezas a máquina a las que la parte del miembro se tiene que unir durante su uso.

30. 30.

    Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 22 a 29, en el que las proyecciones y/o orificios se disponen para controlar la forma de fallo de a junta.

31. 31.

    Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 22 a 30, en el que el miembro es un miembro intermedio para usarse en la unión de dos

    o más piezas a máquina adicionales entre sí.

32. 32.

    Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que parte del material que se solidifica al menos parcialmente en la etapa

    2) permanece solidificado durante la etapa 3).

33. 33.

    Un método para unir una primera pieza a máquina a una o más piezas a máquina adicionales, comprendiendo preparar la primera pieza a máquina para la unión usando el método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 22 a 32, y unir la primera pieza a máquina a una o más pieza o piezas a máquina adicionales.