FI114976B - Menetelmä kuituvahvisteisista kestomuoveista koostuvien rakenneosien valmistamiseksi sekä menetelmän mukaan valmistettu rakenneosa - Google Patents

Description

114976

Menetelmä kuituvahvisteisista kestomuoveista koostuvien rakenneosien valmistamiseksi sekä menetelmän mukaan valmistettu rakenneosa - För-farande för framställning av fiberförstärkta termoplaster och enligt förfa-rande framställt komponent 5

Keksinnön kohteena on menetelmä kuituvahvisteisista kestomuoveista koostuvien rakenneosien valmistamiseksi, jolloin aluksi lyhyistä, pitkistä ja/tai filamenttikui-duista ja kestomuovista valmistetaan aihio ja tämä aihio saatetaan 10 lämpömuokkausmenetelmällä paineen alaisena negatiivimuotissa lopulliseen rakenneosamuotoon, menetelmä vedon, taivutuksen ja/tai väännön vaikutuksen alaisiksi joutuvien kuituvahvisteisista kestomuoveista koostuvien rakenneosien valmistamiseksi, jolloin aluksi valmistetaan kuituosuudeltaan yli 50-prosenttinen ! ja ainakin suurimmaksi osaksi filamenttikuiduista sekä kestomuovista rakennettu 15 aihio, ja jolloin tämä aihio saatetaan lämpömuokkausmenetelmällä paineen alaisena negatiivimuotissa lopulliseen rakenneosamuotoon, sekä jonkin näiden tyyppisten menetelmien mukaan kuituvahvisteisesta kestomuovista valmistettu rakenneosa.

, . 20 Kuituvahvisteisista kestomuoveista koostuvia rakenneosia käytetään enimmäk- seen liitoselementteinä. Nämä rakenneosat tulevat korvaamaan esimerkiksi j metalliruuvit. Käytettäessä niitä juuri lääketekniikassa, siis esimerkinomaisesti ! luuruuveina, ovat kuituvahvisteisista kestomuoveista olevat ruuvit olennaisesti :· soveltuvampia, koska ne sopivat luuhun rakenteellisesti yhteensopivasti, koska ne : -..25 eivät aiheuta mitään ongelmia korroosiokestävyyden kanssa, koska painoa : V metalliruuvien suhteen voidaan vähentää, ja koska tavanomaiset lääketieteelliset tutkimusmenetelmät eivät tässä häiriinny vastakohtana metallin käytölle.

Tähän mennessä tunnetaan jo kuituvahvisteisista kestomuoveista olevat ruuvit 30 tahi kierretapit, jolloin ruuviaihiot valmistetaan joko koekstruusiolla tai moni- komponenttiruiskuvalumenetelmällä. Tässä tunnetussa mallissa (DE-julkaisu 40 '·' 16 427) käytetään raakamateriaalina pyöreitä täystankoja, jotka valmistetaan : koekstruusiolla. Sydänalueelle ekstruuderissa syötetään kestomuovista granulaattia, jossa on 5 - 10 mm pitkiä kuituja, ja ulkoalueelle toisessa ek-.'.‘35 struuderissa kestomuovigranulaattia, jossa on lyhyitä kuituja. Näin saadaan raakamateriaali, jossa sisemmät pitkät kuidut ja ulommat lyhyet kuidut ovat koaksiaalisesti jäljestetyt. Sisäsydänalueella olevat pitkät kuidut ovat ekstruu-siovalumenetelmällä suunnatut pääsääntöisesti aksiaalisesta ja ulkoalueella olevat 2 114976 lyhyet kuidut ottavat vastaan kierteissä vallitsevia leikkuuvoimia. Kierteet valmistetaan jälkeenpäin kylmämuokkauksella, esimerkiksi kierteenrullauspäillä tai -koneilla. Käytettäessä lyhyitä kuituja tällainen kylmämuokkaus on mahdollista, mutta lujuusarvot heikkenevät järjestettäessä tällaisia lyhyitä kuituja 5 kierrealueelle.

Julkaisun DE-T2-68919466 mukaan aihio sovitetaan jaettavaan muottiin, jossa se muokataan. Aihio sovitetaan muoto-onteloon, kuumennetaan, laajennetaan ja jäähdytetään. Muokkaus on siksi mahdollista vain rajoitetussa määrässä, jolloin 10 vaikuttaminen kuitujen suuntaukseen on käytännössä mahdotonta tai sitä ei voida ennalta käsin määrittää.

Esillä oleva keksintö on antanut tavoitteen aikaansaada menetelmä kuituvah-visteisista kestomuoveista koostuvan rakenneosan valmistamiseksi, jolloin ra-15 kenneosa voidaan sovittaa optimaalisesti käyttötarkoituksen mukaan. Keksinnön tavoitteena on edelleen aikaansaada tämän menetelmän mukaan valmistettu rakenneosa, jolla voimansiirto ja voimanjako tahi jäykkyys voidaan sovittaa rakenneosan kanssa erikoisella tavalla toimiyhteydessä olevan kappaleen kanssa.

; y 20 Menetelmä saavutetaan keksinnön mukaan siten, että aihio kuumennetaan aluksi kuumennusvaiheessa muokkauslämpötilaan ja sitten pursutuspuristamalla puriste-, ‘v taan negatiivimuottiin. Ne kuidut, jotka leviävät yli koko aihion poikkipinnan, : suunnataan ja jaetaan täysin ohjatulla tavalla perässä seuraavan pursutuspuristusmenetelmän avulla. Tämän menetelmän mukaan valmistetun ·' * 25 rakenneosan kuitujen suuntaukseen ja kuitujen jakoon ja siten sen mekaanisiin : ominaisuuksiin voidaan siten erikoisesti vaikuttaa ja ottaa huomioon valmis tusmenetelmän prosessiparametrit. Pursutuspuristuksella voidaan lisäksi ohjata kuitujen suuntausta siten, että myös vastaavan rakenneosan pituuden osalla saavutetaan erilaisia lujuusarvoja.

30 . Myös menetelmässä, jossa käytetään yli 50-prosenttisesti filamenttikuituja, aihio kuumennetaan aluksi kuumennusvaiheessa muokkauslämpötilaan ja sitten '·:· pursutuspuristamalla puristetaan negatiivimuottiin. Käytettäessä nimenomaan ’... hyvin tiheässä olevia filamenttikuituja on valmistettavan rakenneosan jäykkyys ja . ;· 35 lujuus täysin tavoitellusti ohjattavissa. Erityisesti monimutkaisesti muotoilluissa rakenneosissa ennakoiva tarkka laskettavuus vaikuttaa edullisesti optimaaliseen kuidun kulkuun ja optimaaliseen kuitutiheyteen määrätyllä alueella.

; 3 114976

Edelleen ehdotetaan, että aihio valmistetaan tankomateriaalina, ja että se leikataan lopullisen rakenneosan vaatimiin pituuksiin ennen kuumamuokkausmenetel-mää. Lopullisen rakenneosan tarvitsemat materiaalipalat erotetaan ennalta 5 valmistetusta tankomateriaalista ja johdetaan kuumamuokkausmenetelmään.

Tämä menettelytapa muistuttaa siis metalliosien pursutuspuristusmenetelmää. i Käytettäessä juuri filamenttikuituja on suunniteltu siten, että niitä käytetään lopullisen rakenneosan aihion pituutta vastaavin pituuksin. Siten voidaan saa-10 vuttaa vielä parannetut jäykkyydet ja lujuudet.

Mutta myös siten voidaan ajatella, että aihio muokataan sen pituussuunnassa kulkevista eri kuitusuunnan omaavista kerroksista. Keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan määrittää lukematon määrä uusia käyttöalueita, koska 15 valmistettavat rakenneosat aina valmistetaan aivan erikoiskäyttötarkoituksia varten, jolloin saavutetaan tarkoin ennalta määritettävä lujuus ja jäykkyys.

: Tässä yhteydessä on myös mahdollista muokata aihio useammasta kuin yhdestä j polymeerilaminaatista, esimerkiksi jossa on useita kerroksia eri matriksiraaka- ; * 20 aineita sekä kuituja eri järjestyksessä ja/tai eri tilavuusprosenttiosuuksin ja/tai eri * ♦ , **. kuitumateriaalista ja/tai eri pituuksin. Myös tällaisilla toimenpiteillä tuote , . * 4 voidaan tarkoin sovittaa valmistettavan rakenneosan vaatimusten mukaan.

Tässä yhteydessä voi myös olla eduksi, jos aihio muokataan vuorotahtipursu-[25 tuspuristusmenetelmällä lopulliseen rakennemuotoon. Tankomateriaalista erotettu aihio muokataan vastaavassa pursutuspuristusmuotissa, jolloin niinsanottu läpipuristusmenetelmä on käytettävissä DIN 8583 mukaan. Vuorotahtipursu-tusmenetelmässä aihiota liikutetaan negatiivimuotissa edestakaisin useita kertoja, jolloin se muokkaantuu lopulliseen rakennemuotoon. Erityisesti valmistettaessa i ‘ ·. 30 listamaisia tai levymäisiä rakenneosia tämä menetelmä toimii erittäin .;· positiivisesti.

• · « » *;;; Tässä on metalliosien pursutuspuristusmenetelmän tai vuorotahtipuristusmenetel- : >. män vastakohtana olennaisena erotunnusmerkkinä se, että pursutuspuristus- ; y 35 menetelmässä tai vuorotahtipursutuspuristusmenetelmässä aihio kuumennetaan kuumennusvaiheessa esimerkiksi 350 - 450°C lämpötilaan ja puristetaan sitten negatiivimuottiin, jolloin jälkipuristusvaiheen aikana tuote jäähtyy kestomuovin i 4 114976 lasittumislämpötilan, esimerkiksi 143 °C alapuolelle. Kuituvahvisteisen kestomuovin muokkausta varten metalliosista tunnettua pursutuspuristusmene-telmää muutetaan siten, että aihiota ei muokata huoneenlämpötilassa, vaan matriksiraaka-aineen sulamislämpötilan tai pehmenemislämpötilan yläpuolella.

5 Kuumamuokkausmenetelmässä on edelleen edullista käyttää erotusaineena hiiltä tai grafiittia. Kestomuovien muokkauksessa ei tällaista erotusainetta ole tähän saakka selvästikään käytetty. Tässä syntyy lisäksi erikoisetuna se, että esimerkiksi grafiitti on, vastakohtana muutoin muoveille käytettäville tavallisille päällysteille tahi erotusaineille, bioyhteensopiva siten, että juuri lääketieteellisen alueen 10 rakenneosat sopivat siihen. Keksinnön mukaisen menetelmän mukaan on edelleen suunniteltu siten, että aihio valmistetaan hiilikuituvahvisteisesta PAEK-materiaalista (polyaryylieetteriketoni). Käytäntö on osoittanut, että käytettäessä juuri tällaista raaka-ainetta siten valmistetun rakenneosan vetolujuus on noin 30 % alle siihen verrattavan teräsrakenneosan vetolujuudesta. Kuituvahvisteisista 15 kestomuoveista koostuvien tällaisten rakenneosien käyttöalueelle ei tämä ole enää kuitenkaan riittävä lujuus, koska aina on otettava huomioon se, minkä materiaalien kanssa tällainen rakenneosa tulee olemaan toimiyhteydessä. Käytettäessä tuotetta juuri lääketekniikassa, siis esimerkiksi luuruuvien yhteydessä tai levyrakenneosien tahi kiskorakenneosien yhteydessä on vastaava ; V 20 korkea murtolujuus yleensä riittävä, koska tällaisten rakenneosien murtolujuus on • * . “. lähes kolminkertainen luun käytettävissä olevaan murtolujuuteen verrattuna.

• » » \ • » · i ’ Keksinnön mukaisessa menetelmässä on suunniteltu edelleen siten, että ainakin ,! osa kuiduista kulkee aihiossa akselin suuntaisesti. Mutta myös siten voidaan • [ 25 ajatella, että ainakin osa kuiduista kulkee suunnassa 0 - 90°. Ennenkaikkea valmistettaessa pitkänomaisia rakenneosia, esimerkiksi ruuvin tai nauhan muodossa olevia asennusosia, on tällöin olemassa erityiset tarpeellisten lu-juusalueiden mukaiset sovitusmahdollisuudet. Akselinsuuntaisesti suunnattuja kuituja sisältävistä aihioista valmistettujen ruuvien kimmomoduuli on vastaavasti :*·. 30 suurempi ja tällaiset ruuvit ovat siis johdonmukaisesti jäykempiä. Käytäntö on osoittanut, että käytettäessä pursutuspuristusmenetelmää on mahdollista muuttaa V kuidun kulkua verrattuna aihiossa vallitsevaan kuidun kulkuun, ja jolloin ‘;;; suuntaamalla kuidut aihiossa erikoisella tavalla syntyy lisää sovitusparametreja.

(

» I

:Y 35 Keksinnön mukaisen menetelmän mukaan voidaan käyttää yli 3 mm pituisia kuituja. Kaikissa tunnetuissa vastaavien rakenneosien valmistamista varten olevissa kuituvahvisteisissa kestomuoveissa käytetään normaaalisti lyhyitä tai 5 114976 pitkiä kuituja. Yli 50 % kuituosuuden omaavien filamenttikuitujen käytöllä aikaansaadaan kuumamuokkausmenetelmän yhteydessä optimaalinen mahdollisuus muokata valmistettavan rakenneosan lujuusominaisuuksia joka kohdassa vastaavasti siten, että paikalliset tavoitellusti asetetut jäykkyydet on saavutettavissa.

5 Toinen menetelmätunnusmerkki on siinä, että pursutuspuristusmenetelmässä mat- riksimateriaali ympäröi kuidut peittäen niiden pinnan täysin. Kuumamuok-kausmenetelmällä valmistettuja rakenneosia ei niinollen tarvitse enää jälkikäsi-teliä, koska koko pinta on jo käytännöllisesti muovin peitossa.

Keksinnön puitteissa rakenneosille on mahdollista antaa kuumamuokkauksessa 10 lisäpintamuovitus. Antamalla muokkaustyökalussa olevan lämmön tai vastaavien lisäaineiden, esimerkiksi päällysteiden tai erotusaineiden vaikuttaa voidaan valmiille rakenneosille antaa lisäpintamuovitus.

Kuumamuokkausmenetelmän avulla saadaan erilaisia mahdollisuuksia valmistusprosessin ohjaamiseksi. Eräs keksinnön mukaisen menetelmän mukaan valmistet-15 tava rakenneosa tunnetaan siitä, että kuitujen ennalta määritetty kulku sovitetaan rakenneosan muodon ja käytön mukaan niiden alueiden aikaansaamiseksi, joissa on paikalliset ennalta määritetyt jäykkyydet ja lujuudet, jolloin rakenneosa on rakennettu liitoselementiksi, jossa on työkalua varten oleva tarttumiskohta sekä :Y: kierrekara, ja että liitoselementin jäykkyys käsittelypäästä vapaaseen päähän .' · ·. 20 muuttuu erilaisista kuitusuunnista johtuen. Suurimmat vetolujuudet saavutettiin . esimerkinomaisesti sellaisilla rakenneosilla, jotka valmistettiin suurilla muok- * » · Y; kausnopeuksilla ja korkeilla aihion lämpötiloilla. Tarkasteltaessa kiertolujuutta ‘ ’ maksimiarvot saavutetaan taas käyttämällä suhteellisen alhaisia muokkaus- lämpötiloja ja alhaista muokkausnopeutta. Juuri keksinnön mukaista menetelmää ' · ‘ 25 noudattavalla menetelmällä, jolla valmistetaan kuituvahvisteisista kestomuoveista koostuvia rakenneosia, aikaansaadaan mahdollisuudet rakenneosan sovittamiseksi erikoiskayttötarkoitukseen, jolloin periaatteessa olisi mahdollista yhdistää esi-merkiksi kaksi tai useampia kuin kaksi eri muokkausnopeutta yhdeksi työvai-heeksi.

. 30 Sovittamalla kuidut rakenneosan muodon ja käytön mukaan kuidut voivat kulkea I * tuotteessa ennalta määritetyllä tavalla pituussuunnan, halkaisijan, paksuuden, rakenneosan muodon tai aukkojen, syvennysten, mutkien tai vastaavien suhteen, jolloin rakenneosaan syntyy alueet, joissa kuidun suunta tahi kuidun kulku ovat erilaiset. Tällaista rakenneosaa voidaan erityisesti sovittaa erikoiskäyt-35 tötarkoitukseen. Tällaisen rakenneosan myötä voimansiirto ja voimanjako 6 114976 voidaan paremmin sovittaa rakenneosan kanssa toimiyhteydessä olevan kappaleen ominaisuuksien suhteen. Tämä koskee erityisesti lääketekniikkaa, esimerkinomaisesti luuruuvien tai lääketieteellisten asennusosien ja kiinnitysnau-hojen jne. muodossa, mutta myös koneenrakennuksen, sähkön tahi elektroniikan 5 tai rakennustekniikan muita käyttöjä.

Siksi on myös edullinen malli, että tämä rakenneosa on rakennettu liitosele-mentiksi, jossa on työkalua varten oleva käsittelypää ja kierrekara, ja että liito-selementin jäykkyys erilaisesta kuidunsuuntauksesta johtuen muuttuu käsitte-lypäästä vapaaseen päähän. Juuri luualueella käytettävissä rakenneosissa voi 10 sovitus tapahtua luun luonnollisen rakenteen mukaisesti siten, että aikaansaadaan kevyt, epämagneettinen, röntgensäteitä läpäisevä ja bioyhdistettävä liito-selementti. Vastakohtana tavallisimmille metalliruuveille tässä on mahdollista kuiturakenteen ja kuidun kulun sovituksilla aikansaada todella tehokas rakenneosa.

15

Keksinnön mukaisesti ehdotetaan edelleen, että käsittelypäästä lähtevät kuidut kulkevat välittömästi siihen liittyvien kierteiden ohi ainakin melkein yhdensuuntaisesti rakenneosan keskiakselin suhteen, kun taas lopulla kierreosalla olevat :.:. kuidut kulkevat kierreääriviivan pinnan lähellä rakenneosan akselin suuntaisesti, : : 20 mutta jotka tämän osan sydänalueella kulkevat vapaata päätä kohden enemmän : satunnaisesti jakaantuneina. Juuri siksi on ruuviksi rakennetun rakenneosan vaikutusalueella ja siihen liittyvällä kierreosalla suurin lujuus, jota vastoin luualueelle työntyvän kierreosan vetolujuus on alhaisempi, koska juuri sille • ·. alueelle ei myöskään saisi kohdistua mitään vetovoimia.

'25 Tällaisen keksinnön mukaisen rakenneosan kohdalla on edullista myös, että rakenneosan jäykkyys erilaisesta kuidun suuntauksesta johtuen muuttuu käsittelypäästä vapaaseen päähän joko porrastetusti tai jatkuvasti. Siksi juuri kuidun ; '· kulun avulla, joka syntyy keksinnön mukaisesta valmistusmenetelmästä ja :: ‘30 luonnollisesti myös muokkausnopeudesta riippuen, jäykkyys sovitetaan tarkoin . X rakenneosan käyttöalueelle.

4 · ·

Edelleen ehdotetaan, että rakenneosassa on vähintään yksi umpireikä tai läpi-aukko esimerkiksi kiertotyökalun käyttöä varten tai kiinnitysvälineiden läpi-'.•••35 viemiseksi. Tällaisella järjestelmällä on mahdollista siirtää erityisesti mahdol lisessa uloskiertämisvaiheessa vastaavia kiertovoimia kuin vastaavan ruuvin-muotoisen rakenneosan sisäänkiertämisvaiheessa. Myös litteiden rakenneosien 7 114976 kohdalla syntyy edullinen malli, kun niissä on läpiaukot tai vastaavat, koska : esimerkiksi aukkoa ympäröivä alue voidaan erikoisella kuitusuuntauksella vahvistaa. Tässä yhteydessä on edullista muotoilla umpireikä tai läpiaukko rakenneosan valmistusvaiheessa. Erityisesti kuumamuokkauksessa syntyy tietyt 5 lisämahdollisuudet, jolloin juuri muokkausmenetelmällä aikaansaadaan myös kiertotyökaluja varten olevat vastaavat umpireiät tahi läpiaukot.

Keksinnön mukaiselle rakenneosalle syntyy erityinen käyttöalue silloin, kun rakenneosa on rakennettu lääketieteelliseen käyttöön rakenneyhteensopivaksi 10 Corticalis-ruuviksi tai Spongiosa-ruuviksi.

Eräs toinen rakenneosan suoritusmuotoesimerkki on se, että rakenneosa rakennetaan nauhamaiseksi tai levymäiseksi asennusosaksi, jossa on yksi tai useita läpiaukkoja ja/tai pitkittäis- tahi sivureunoilla kohoavia osia, jolloin jäykkyys ja 15 lujuus on ennaltamääritetty sen koko pituudella ja/tai leveydellä ja/tai hal kaisijalla. Keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan valmistaa siis kaikentyyppisiä ja erikoismuodon omaavia rakenneosia, ja jolloin aivan tiettyjen osien sovitus tarpeellisen lujuuden ja jäykkyyden mukaan on mahdollista, koska juuri ‘ v kuitujen suuntaus ja tiheys voidaan ennalta määrittää.

:!!. 20 : Tässä yhteydessä on suunniteltu siten, että asennusosana rakennetussa rakenne- : osassa kuidut on järjestetty tiheämmin läpiaukkojen ja/tai ulkonevien osien ; .. alueelle, jolloin näillä muutoin heikonnetuilla alueilla on sama lujuus ja jäykkyys kuin rakenneosan muilla alueilla. Jokainen rakenneosa voidaan siis rakentaa 25 siten, että siinä ei enää ole mitään heikonnettuja vyöhykkeitä, jolloin myös aivan erikoisia käyttötarkoituksia varten kaikissa osissa tarvittava lujuus ja jäykkyys on saavutettavissa.

• ” Tämäntyyppisesti sovitetulle lujuudelle ja jäykkyydelle on aivan optimaalista, mi- :: 30 käli rakenneosa on rakennettu osteosynteesilevyksi ja käytettäväksi esimerkiksi : . Corticalis-ruuvin tai Spongiosa-ruuvin kanssa.

"’· Keksinnön mukaisia muita tunnusmerkkejä ja erityisiä etuja selitetään lähemmin ' •V jäljempänä viitaten piirustuksessa esitettyyn suoritusmuotoesimerkkiin, jossa ':'':35 kuvio 1 esittää osittain leikattuna osaa sauvamaisesta aihiosta, ja jossa sisään- laminoidut filamenttikuidut ovat 0°-suuntauksessa; ! 114976 8 I kuvio 2 esittää ruuvin muodossa olevaa rakenneosaa, ja jolloin ruuvissa on kaava maisesti esitettynä kuitujen suuntaus ja kuitujen jakauma; kuvio 3 esittää kaaviota liitoselementtinä olevan rakenneosan jäykkyyden kulusta pituuden funktiona; 5 kuvio 4 esittää periaatekaaviota eräästä mahdollisesta sulatuspursutuspuristus- työkalusta, jossa rakenneosan valmistamiseksi on eri lämpötilavyöhykkeet; kuvio 5 esittää kaavamaisesti pursutuspuristustyökalua; kuvio 6 esittää periaatekaaviota rakenneosan valmistamiseksi vuorotahtipursu-tuspuristusmenetelmällä; 10 kuvio 7 esittää päällyskuvaa vuorotahtipursutuspuristusmenetelmällä valmiste tusta rakenneosasta, joka erikoisesti on käytettävissä osteosynteesilevynä.

Seuraava keksinnön mukaisen menetelmän sekä menetelmän mukaan valmistetun rakenneosan selitys pohjautuu siihen, että (kuvioiden 1-5 mukainen) rakenneosa 15 on liitoselementti, erityisesti ruuvi, jota käytetään erityisesti lääketekniikassa esimerkinomaisesti Cortalis-ruuvina tai Spongiosa-ruuvina, tai että (kuvioiden 6 ja 7 mukainen) rakenneosa on asennusosa, erityisesti osteosynteesilevy, joka toimii yhdessä edellä mainitun liitoselementin kanssa. Keksinnön piiriin kuuluu • ‘ myös muut rakenneosat, jotka koostuvat kuituvahvisteisista kestomuoveista, ja ... 20 jotka valmistetaan keksinnön mukaisella menetelmällä. Tällaisten ruuvien käyttö *·,·.' ei rajoitu ainoastaan lääketekniikkaan. Näitä rakenneosia voidaan ajatella t ·.: käytettävän myöskin muilla käyttöalueilla, esimerkiksi koneenrakennuksessa, i sähkötekniikassa, avaruustekniikassa, maanpäällisessä tai maanalaisessa ! .·.· rakentamisessa jne.. Rakenneosia ei aina välttämättä tarvitse rakentaa 25 liitoselementtien (ruuvien) muodossa, vaan niitä voidaan käyttää myös aivan muut rakenteelliset muodot omaavina rakenneosina, kuten esimerkiksi kiskoina tai levyinä. Niinpä esimerkinomaisesti voidaan ajatella siten, että nämä normaalisti ei-itseporautuvaa mallia olevat ja kuituvahvisteisesta kestomuovista : " valmistetut rakenneosina toimivat ruuvit varustetaan vastaavalla porausosalla, v 30 joka kyseessä olevassa tapauksessa myös on valmistettu bioyhteensopivasta ; materiaalista, tai joka porauksen jälkeen on helposti poistettavissa. Tietyissä . · olosuhteissa ja eri käyttöalueilla ei tällaista poistamista edes tarvita. Esimerkkiä ·’* selitetään viitaten myös kuituvahvisteiseen kestomuoviin, joka on valmistettu filamenttikuiduista, joiden tilavuusosa on yli 50 %. Keksinnön mukaisella ”35 menetelmällä voidaan myöskin käsitellä edullisesti kuituvahvisteisia kestomuoveja, jotka sisältävät vain lyhyitä kuituja tai pitkiä kuituja, tai yhdistelmiä, jotka koostuvat lyhyistä, pitkistä ja/tai filamenttikuiduista. Keksinnön I 114976 9 mukaista menetelmää voidaan käyttää menestyksellisesti myös aihiossa olevan kuituosuuden ollessa alle 50 %.

Piirustuksessa ruuvin 1 muodossa esitetty liitoselementti sisältää olennaisesti kan-5 nan 2, vaikutusosan 3 kiertotyökalusta johtuvan voiman siirtoa varten ja kierteellä 4 varustetun karan 5.Kuten piirustuksen kuviosta 2 voidaan havaita, esittää se erityisesti ruuvissa 2 olevien filamenttikuitujen 6 kulkua. Kun rakenteessa olevat kuidut ovat paikallisesti tavoitellulla tavalla suunnatut, on ruuvilla paikallisesti ja tavoitellusta säädetyt jäykkyydet. Käytettäessä tuotetta juuri Corticalis-ruuvina 10 voidaan jäykkyys sovittaa luun luonnollisen rakenteen mukaan. Valitsemalla kestomuoveista ja hiilikuiduista muodostuva laminaatti aikaansaadaan kevyt, röntgensäteitä läpäisevä ja bioyhteenliitettävä liitoselementti. Tällaisen ruuvin erikoinen etu on siinä, että jäykkyydet ja jäykkyysasteet sopivat paremmin luun luonnolliseen rakenteeseen kuin tähänastisilla metalliruuveilla. Kuiturakenteen 15 avulla taataan parempi voiman jakaantuminen, so. enää eivät ainoastaan kolme ensimmäistä kierrettä ole kantavia. Tämän lisäksi liitoselementti ei vaikuta haitallisesti tavanomaisiin lääketieteellisiin tutkimismenetelmiin, koska se on . epämagneettinen ja röntgensäteitä läpäisevä. Tämä on tähänastisten metalli- ; implantaattien, samoinkuin liitoselementtien merkittävä haittapuoli. Ne voivat ! ' · 20 hävittää uudenaikaisten diagnoosisten menetelmien, kuten esimerkiksi ’ · tietokonetomografian tai ytimen kehrän tomografian tutkimuslöydökset.

i · Koska liitoselementtiä voidaan jälkisäätää, on löystyminen odotettavissa vasta pi demmän ajan kuluttua. Jos liitoselementti on rakennettu Corticalis-ruuviksi, 25 voidaan ruuvi liikaa kierretyssä tapauksessa kiertää auki jäljelle jääneellä lop- pulujuuden voimalla.

Kuten jo on mainittu, liitoselementtiä voidaan käyttää yleisessä koneenrakennuksessa syövyttävissä ympäristöissä ja erityisesti siellä, jossa vaaditaan suuria \ .30 lujuuksia tai tavoiteltuja lujuuksia liitoselementin painon ollessa alhainen. Voima ' ·, voidaan myös tässä siirtää useammalle kuin kolmelle kierteelle.

V Kuvion 2 esittämän Corticalis-ruuvin kannalla 2 voidaan kiinnittää erilaisia muita ‘ * elementtejä, esimerkiksi osteosynteesilevy. Vaikutuskohta 3 voi olla rakennettu ΐ 1*1 35 esimerkinomaisesti kuusiokoloksi. Toki muutkin vaikutuskohdan tai tartuntakohdan muodot, esimerkiksi nelikulma-aukko, sisäpuolinen tähtitiaukko tai ristikanta on valittavissa.

114976 ίο

Pursutuspuristusmenetelmän muunnosta, kuten metallin muokkauksesta tunnetaan, käytetään Corticalis-ruuvin (sydämen halkaisija esimerkiksi 3 mm) valmistamiseksi hiilikuituvahvisteisesta PAEK-materiaalista (polyaryylieetterike-toni). Eräässä erikoismuunnoksessa käytetään hiilikuituvahvisteista PEEK-5 materiaalia (polyeetterieetteriketoni). Tällöin voidaan vaikuttaa ruuvin kuitu- suuntauksen jakautumaan ja mekaanisiin ominaisuuksiin sekä ottaa huomioon valmistusmenetelmän prosessiparametrit.

Pursutuspuristusmenetelmällä valmistettujen ruuvien murtokuorma on alueella 10 3000 - 4000 N, suurin vääntömomentti on 1 - 1,5 Nm, jolloin suurin vääntökulma ISO-normin 6475 mukaan on aina 370°. Ruuvit suippenevat kannasta kärkeä kohden E-moduulimaisesti ja ne luokitellaan homoelastisiksi luun suhteen.

Luonto käyttää rakenteissaan sangen usein kuituvahvistuksen periaatetta. Raken-15 neyhteensopivuuden vuoksi on edullista muotoilla lääketieteelliset implantaatit myöskin kuitulaminaattiosiksi. Erityisesti osteosynteesitekniikan alueella kehitys on välttämätöntä tavanomaisten teräs-osteosynteesilevyjen korvaamiseksi joustavammilla kuitulaminaateista koostuvilla implantaateilla Keksinnön '; mukaista rakennetta voidaan edullisesti soveltaa juuri osteosynteesilevyihin.

' 20 Tällaisella osteosynteesijärjestelmällä on tavanomaiseen teräsimplantaattiin verrattuna lukuisia etuja. Toisaalta se mahdollistaa homoelastisuuden luun suhteen ja siten sopivan kuorman jaon luuhun ja toisaalta röntgensäteilyn lä-i *- päisevyyden ja ytimen kehrän tomografian Edelleen keksinnön mukaisin toi menpitein kuumamuokkausmenetelmällä valmistus on huokeaa. Ja lisäksi on 25 huomioitava se tosiasia, että täten rakennetut rakenneosat eivät aiheuta ongelmia nikkeliallergiaa kärsiville.

Tällä alueella suoritetuissa tutkimuksissa on todettu, että vasta käytettäessä '., [ hiilikuituvahvisteisista kestomuoveista ja siinä yhteydessä keksinnön mukaisella | 30 valmistusmenetelmällä valmistettuja luuruuveja voidaan saavuttaa optimaalinen ; vaihtoehto. Tällöin kehitetyn pursutuspuristusmenetelmän mukaan luuruuvit valmistettiin ja hiilikuituvahvisteisesta PEAK-materiaalista ja karakterisoitiin.

> ·

Metalliosien pursutuspuristuksessa työkappale puristetaan normaalisti huoneen ' * * * 35 lämpötilassa puristustyökalulla muottiin. Se kuuluu tällöin DESI 8583 mukaisiin läpipuristusmenetelmiin. Kuituvahvisteisten kestomuovien muokkaamiseksi 114976 n menetelmää muutettiin siten, että aihiokappaleita ei muokata huoneen lämpötilassa, vaan matriksiraaka-aineen sulamislämpötilan yläpuolella.

Ruuvin valmistuksen aihiona ovat hiilikuituvahvisteiset PAEK-pyörötangot 7 I 5 (kuvio 1), joiden kuitutilavuuspitoisuus on yli 50 %, edullisesti 60 %, jolloin kuidun suuntaamisessa käytetään kahta erilaista aihiotyyppiä, joista toisessa aihiossa kuidut olivat akselinsuuntaisesti summatut ja toisessa aihiossa kuitujen suuntaus oli välillä 0 - □ 90°.

10 Aihiokappale kuumennetaan kuumennetussa pursutuspuristustyökalussa 8 (kuumennusvaiheessa) muokkauslämpötilaan (esimerkiksi 350 - 450°C), jolloin kuumennus voi tapahtua myös peräkkäisissä kuumennusvaiheissa 9 ja 10 (kuvio 4). Aihio 7 saatetaan siis ensimmäiseen kuumennusvaiheeseen 9, kuumennetaan siinä vastaavasti, kuumennetaan vaiheessa 10 edelleen ja muokataan vaiheessa 11 15 negatiivimuotissa. Aihio 7 puristetaan puristustyökalulla 12 negatiivimuottiin (muottikouruun) 13, jossa se saa lopullisen muodon. Puristusnopeus on tällöin alueella 2-80 mm/s. Puristuspaineeksi mitattiin eri kokeissa 120 Mpa. Sitä seuraavassa jälkipuristusvaiheessa (puristuspaine on lähes 90 Mpa) työkalu . jäähdytetään paineilmalla PAEK-materiaalin lasittumislämpötilan (143°C) . -.20 alapuolelle. Avaamalla pursutuspuristustyökalu voidaan valmis Corticalis-ruuvi ottaa siitä pois.

’: Analysoitaessa jälkeenpäin näin valmistettua ruuvia on ilmennyt, että kulloinkin optimaaliset arvot voidaan saavuttaa. Tämä johtuu siitä, että ruuvin valmistukseen v :25 käytetään suurta kuituosuutta, filamenttikuituja sekä aivan erikoista kuumamuokkausmenetelmää. Kuten kuviosta 2 havaitaan, suuntautuvat ruuvin 1 kannan 2 alueella olevat kuidut pääsääntöisesti ruuvin akselin suuntaisesti. Ruuvin kärjen alueella kuidut seuraavat ruuvin ääriviivan reuna-aluetta (siis : . kierteen kulkua), kun taas sydänalueella kuidut ovat suuntautuneet satunnaisesti.

! :\30 · Mekaanisista ominaisuuksista voidaan todeta, että Corticalis-ruuvien vetolu- ‘ · juuden keskiarvo on noin 460 N/mm . Suurimmat vetolujuudet saavutettiin ruuveilla, jotka oli valmistettu suurilla muokkausnopeuksilla (noin 80mm/s) ja . ·. ·. suurilla aihiolämpötiloilla (noin 400°C). Ruuvien vääntölujuus ruuveilla, jotka oli ,,.35 valmistettu aihioista, joissa kuidut oli suunnatut akselinsuuntaisesti, oli keskimäärin 18 % suurempi kuin ruuveilla, jotka oli valmistettu aihioista, joissa kuidut olivat suuntautuneet 0° - /11145°. Suurimmat arvot mitattiin ruuveilla, jotka i 12 114976 oli valmistettu suhteellisen alhaisissa lämpötiloissa (380°C) ja pienillä muokkausnopeuksilla (2mm/s). Kimmomoduuli ruuvin pituussuunnassa ei ole vakio, vaan vähenee voimakkaasti kärkeä kohden. E-moduuli vaihtelee välillä 5 - 23 Gpa, jolloin ne ruuvit, jotka on valmistettu 0° suunnattuja kuituja sisältävistä 5 aihioista, ovat tendenssimäisesti jäykempiä. Tämä on yksiselitteisesti havaittavissa myös kuvion 3 kaavamaisesta kaaviosta. Kaavion viivan esittämä jäykkyys kasvaa ruuvin kantaa kohden, ja jolloin kierteellä varustetun varren 5 pituuden tietyllä alueella viivassa on taivekohta. Juuri tällä alueella, kuten myös kuviosta 2 havaitaan, päättyy sydänalueella vallitseva akselinsuuntainen 10 kuitusuunta.

Corticalis-ruuvin esimerkkinä esitetään, että pursutuspuristamalla pitkillä kuiduilla vahvistettuja kestomuoveja voidaan valmistaa myös geometrisesti monimutkaisia rakenneosia. Kuitusuuntauksen jakautumaa mekaanisia ominai-15 suuksia määräävänä suureena voidaan ohjata tietyissä rajoissa valitsemalla sopivasti aihion kuitusuuntaus. Muilla tutkituilla prosessiparametreillä (muokkausnopeus ja muokkauslämpötila) on vähäinen vaikutus pursutuspuris-tustulokseen.

i J * J | · . ;20 Pursutuspuristuksella valmistettujen PAEK-kuiduilla vahvistettujen ruuvien . vetolujuus on noin 30 % pienempi kuin vastaavien metalliruuvien vastaava arvo.

Keskimääräinen murtolujuus 3200 N riittää osteosynteesikäyttöön, koska vastaava ruuvi irtoaa luusta jo 800 - 1300 N vetovoimalla.

‘25 ISO-normi 6475 vaatii vastaavat mitat omaavilta teräsruuveilta pienimpänä murtovääntömomenttina 4,4 Nm ja kiertokulmana vähintään 180°. Kuituvah-visteisista kestomuoveista valmistetut ruuvit eivät pysty täyttämään tällaisia vaatimuksia, (enintään 1,3 Nm). Kokeet ovat kuitenkin osoittaneet sen, että ; ·.. ruuvin ylikiertäminen ja siten sen rikkominen sitä luuhun kierrettäessä on pois- , ;' -30 suljettu, koska luussa oleva kierre rikkoontuu jo noin 0,8 Nm vääntömomentilla.

Alkurikkoontumisen jälkeinen loppulujuuden hidas väheneminen mahdollisti vaurioituneen ruuvin kiertämisen vielä murtumisen jälkeen luusta pois.

: Kimmomoduulin ollessa välillä 5-23 GPa ovat pursutuspuristetun Corticalis- ....:35 ruuvin elastiset ominaisuudet lähellä luun vastaavia arvoja. Pituussuuntainen jäykkyys vähenee selvästi kärkeä kohden (aleneva jäykkyysaste). Sisään ruuvatussa tilassa ruuvin jäykkä osa (kannan alue) on kuoren lähellä ja siten käsitel 13 114976 tävän luun jäykimmällä kohdalla. Kun jäykkyys on jaettu edellä mainitulla tavalla, voidaan voima johtaa luuhun mahdollisimman hyvin luun rakenteen edellyttämällä tavalla.

5 Esillä olevalla keksinnöllä saavutetaan ensimmäisen kerran mahdollisuus I valmistaa kuumamuokkausmenetelmällä kuituvahvisteisista kestomuoveista koostuvia rakenneosia, joilla on esimerkiksi erikoinen kierteen, kannan, muodon jne. rakenne, ja jolloin materiaalin ominaisuuksilla, erikoisesti tarkalla kuitujen suuntauksella saavutetaan käyttöalueelle yhteensopiva rakenne.

10

Edellä oleva selitys pohjautuu pursutuspuristusmenetelmään, joka käytännöllisesti on tehokas vain yhdessä suunnassa. Aihio saatetaan tällöin vastaavaan lämpötilaan (taikinamaiseen tahi hunajamaiseen juoksevaan tilaan) ja puristetaan sitten negatiivimuottiin. Keksinnön puitteissa on mahdollista käyttää vuo-15 rotahtipursutuspuristusmenetelmää, kun valmistetaan juuri nauhan, kiskon tai levyn muotoisia osia tai myös ruuvin muotoisia tai muita liitoselementtejä, ja osien tai pulttien jne ollessa erikoismuotoisia. Haluttu kuitusuuntaus ja haluttu kuitujakaantuma saavutetaan tällöin tietyissä olosuhteissa puristamalla useita I : 1 kertoja edestakaisin, siis muuttamalla puristusliikkeen suuntaa kerran tai use- . ' 20 ämmin. Siihen liittyviä muita yksityiskohtia selitetään vielä lähemmin kuvioihin 6 . ·. ja 7 viitaten. Vuorotahtipursutuspuristuksesta on erikoista hyötyä silloin, kun , ; vastaavassa osassa on esimerkinomaisesti umpireikiä, läpiaukkoja, kaaria tai erikoismuotoja. Tällöin voidaan vaikuttaa kuitujen erikoiseen kulkuun ja sitä kautta valmistettavaan rakenneosaan ja siten vahvistaa rakennettava rakenneosa ‘25 juuri siltä alueelta, jossa vaaditaan erityistä vahvistusta.

Käytettäessä keksinnön mukaista menetelmää päällysteenä käytetään hiiltä tai grafiittia. Tähän asti näitä päällysteitä tahi erotusaineita hyödynnetään käytän-.. nössä vain metallialueella, mutta ei muoveissa. Tässä syntyy lisäetuja, koska : ‘30 grafiitti on bioyhteensopivaa vastakohtana muovien tavanomaisille erotusaineille.

Kuviossa 2 on aksiaalisuunnassa nähtynä vaikutuskohtaa 3 varten vain matala ‘ · ·; aukko. Keksinnön puitteissa on mahdollista, että tässä on syvempi umpireikä tai ; V: myös aksiaalisesti läpikulkeva aukko, johon vastaava kiertotyökalu asetetaan.

.. .35 Tällöin voidaan jo esillä olleiden vääntölujuuksien arvojen lisäksi saavuttaa suurempi sisäänkiertomomentti, koska vastaavaa työkalua voidaan käyttää vastaavan pituisessa pistokanavassa. Koska tällainen ruuvi valmistetaan kek 14 114976 sinnön mukaisella pursutuspuristusmenetelmällä, on tämä lisämuotoilu mahdollista ilman mitään ongelmia.

Juuri kiskoissa tai levyissä voi myöskin olla kuitujen ympäröimiä läpiaukkoja, 5 kaaria, umpireikiä jne.

I Kuvion 2 mukaisen ruuvin 1 tahi vastaavaa jotain muuta käyttöaluetta varten olevan toisen rakenneosan kuitujakaumaa on tarkasteltava periaatteessa toisistaan eriteltynä. Juuri keksinnön mukaisin toimenpitein ja keksinnön mukaisella 10 menetelmällä on valmiiksi tehdyssä rakenneosassa, mahdollista saavuttaa eri koiskäyttöä varten optimaalinen kuitusuuntaus. Erityisesti kuituosuuden ollessa yli 50 % ja käytettäessä filamenttikuituja syntyy tekniikan monille alueille ja erityisesti liitoselementtien alueelle ja lääketekniikan alueelle erityisen tehokkaita vaihtoehtoja.

15

Kuvio 6 esittää kaavamaisesti vuorotahtipuristusmenetelmää, ja jossa peräkkäiset

menetelmävaiheet I - IV on nähtävissä. Aihio 7 asetetaan vaiheessa I

kuumennusjaksoon (osa 9, 10) ja kuumennetaan siinä muokkauslämpötilaan.

Vaiheessa II aihio puristetaan nuolensuunnassa 16 negatiivimuottiin 13. Vai- ‘20 heessa III puristetaan jo kerran muokattu aihio 7 jälleen vastakkaiseen suuntaan * * (nuolensuuntaan 17). Vaiheessa IV kahteen tai useampaan kertaan muokattu aihio tiivistetään lopuksi valmiiksi rakenneosaksi, jäähdytetään ja poistetaan muotista.

| Negatiivimuottiin 13 asetettujen tahi sen läpi kulkevien tappien 15 avulla voidaan 25 valmistaa läpäisyaukoin varustettuja rakenneosia, jolloin jumi vuorotah- tipursutuspuristusmenetelmässä ahio puristetaan useaan kertaan tapin 15 ohi. Kuiduille 6 syntyy tässä aivan erikoinen kulku, kuten kuviosta 7 on havaittavissa. Sama tai vastaava vaikutus syntyy silloin, jos asennusosaksi 18 rakennetun *. rakenneosan pitkittäisreunoilla ja/tai sivureunoilla olisi ulkonevia osia. Kuidut 6 I ‘ 30 ovat tavanomaisesti heikentyneillä vyöhykkeillä A tiheämmässä järjestyksessä, jolloin näillä vyöhykkeillä saavutetaan sama lujuus tai jäykkyys kuin tällaisen ;; rakenneosan muilla alueilla.

; V Rakenneosan tällainen malli soveltuu erinomiasesti osteosynteesilevyiksi, jota • ;..35 sitten voidaan käyttää yhdessä keksinnön mukaisesti valmistetun ruuvin kanssa.

Samat bioyhteensopivuuden edut koskevat luonnollisesti myös näitä levyjä, jolloin niiden lujuus eikä jäykkyyskään ole mitenkään huonompia kuin tähän asti 15 114976 käytettyjen pääasiassa ruostumattomasta teräksestä olevien levyjen vastaavat ominaisuudet.

Vuorotahtipursutuspuristuksessa on mahdollista hyödyntää lisäparametrejä, joilla 5 kuidun kulun ennalta määrittämistä ja siten lujuuden ja jäykkyyden sovi- tettavuutta rakenneosan muotoon voidaan vielä parantaa. Tällöin voidaan säätää tahtien tai vastatahtien määrää, tahdin pituutta, tahdin nopeutta, puristusta ja vastapuristusta. Vaiheita II ja III voidaan toistaa halutulla tavalla, ja jolloin jokaisessa tahdissa tahi vastatahdissa tahtimatkan pituus voidaan valita uudelleen.

10 Rakenneosaa ei välttämättä tarvitse keskiöidä vaiheessa IV. Kaikkia parametrejä voidaan vaiheissa II - IV muunnella halutulla tavalla.

Filamenttikuidut eivät joudu tällaisessa menetelmässä liialliselle rasitukselle alttiiksi, jolloin ne eivät myöskään murtuile. Jatkuvuus kohdista, joissa on voimak-15 kaasti suunnatut kuidut ja kohdista, joissa kuidun kulku on homogeenista, on kes- keytyksetöntä. Tällä menetelmällä voidaan valmistaa tunnetun laminointitekniikan vastakohtana myöskin ei-levymäisiä rakenneosia. Tällöin ovat sellaisetkin geometriat mahdolliset, joita esiintyy vain ruiskuvalutekniikassa. Keksinnön mukaan voidaan tällöin saavuttaa jopa olennaisesti suuremmat ‘20 lujuudet. Tällöin on syntynyt myös mahdollisuus valmistaa rakenneosia, joissa on : . ' reiät, sivupullistumat jne.. Kuitujen suuntauksen optimointi on mahdollista siten, > että niiden kapasiteetti, esimerkiksi mekaanisten ominaisuuksien suhteen voidaan hyödyntää täydellisesti. Menetelmä mahdollistaa komposiittijalostuksen, jossa vahvistukseen voidaan käyttää filamenttikuituja. Rakenneosassa on kohtia, joissa 25 vierekkäin esiintyy isotrooppisia ja anisotrooppisia ominaisuuksia, ja ilman mitään rajapintaa. Koska rajapinnat tahi saumakohdat ovat myös heikkoja kohtia, vähenee keksinnön avulla myös rakenneosan väsymisherkkyys.

Keksinnön mukaisessa vuorotahtipursutuspuristusmenetelmässä ovat myös muut 30 vaihtoehdot ajateltavissa. Niinpä jotain tahtia ei tarvitse suorittaa ainoastaan , . · ’ yhdessä suunnassa, vaan se voidaan suorittaa myös käyttämällä kahta tai kolmea pääakselia. Lisäksi voidaan ajatella siten, että kuvion 6 esittämät tapit työnnetään paikoilleen vasta aihion homogenoinnin jälkeen. Myöskin voidaan ajatella jo , homogenoitua aihiota, joka siis on jo esiasemalla muokattu yhteen tai useampaan •35 kertaan.

16 114976

Keksinnön puitteissa on mahdollista käyttää myös aihioita, jotka koostuvat niiden pituussuunnassa kulkevista kiskoista, joissa on eri kuitusuuntia. Myös voidaan ajatella käyttää aihiota (myös valmistettaessa ensin halutun poikkileikkauksen omaavaa tankomateriaalia), jossa on enemmän kuin yksi polymeerilaminaatti.

5 Tässä tapauksessa aihiossa voi olla useita kerroksia eri matriksiraaka-aineita sekä kuituja eri järjestyksessä ja/tai eri tilavuusprosenttiosuuksin ja/tai eri kuitumateriaalista ja/tai eri pituuksin. Filamenttikuituja käytettäessä ne ovat normaalisti vähintään sen aihion 7 pituisia, joka erotetaan tankomateriaalista valmiin rakenneosan mukaista sovittamista varten.

Claims (25)

1. Menetelmä kuituvahvisteisista kestomuoveista koostuvien rakenneosien valmistamiseksi, jolloin aluksi lyhyistä, pitkistä ja/tai filamenttikuiduista (6) ja kes- 5 tomuovista valmistetaan aihio (7) ja tämä aihio saatetaan lämpömuovausmenetel- mällä paineen alaisena negatiivimuotissa lopulliseen rakenneosamuotoon, tunnettu siitä, että aihio (7) kuumennetaan ensiksi kuumennusvaiheessa muovaus-lämpötilaan ja sen jälkeen pursutuspuristuksella puristetaan negatiivimuotin (13) sisään. 10

2. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att fiberandelen bestär av mer än 50 volyms-% och ätminstone övervägande av ändlösa fibrer och att komponenten utsättes för drag-, böj- och/eller torsionspäfrestningar. . , 20 i · . . 3. Förfarande enligt patentkrav 1 eller 2, kännetecknat av att ämnet (7) för- . , framställs som stängmaterial och innan varmomformningsförfarandet kapas tili 4 « . , längder som krävs för den slutgiltiga komponenten. * » > · I > : 25 4. Förfarande enligt patentkrav 1 eller 2, kännetecknat av att de ändlösa fib- * ' ‘ rema kan användas i en längd, som ätminstone motsvarar längden för ämnet för den slutliga komponenten. • « : 5. Förfarande enligt nägot av patentkraven 1 tili 4, kännetecknat av att ett 30 ämne (7) av i dess längdriktning löpande skikt med olika fiberorientering omfor- . mas. • I * : · 6. Förfarande enligt nägot av patentkraven 1 tili 4, kännetecknat av att ett ämne av mer än en polymercompound, exempelvis med flera skikt med olika ma-35 trismaterial och olika anordning och/eller olika volym-%-andelar och/eller olika fibermaterial och/ eller olika fiberlängd omformas. 114976

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuituosuus on yli 50-prosenttinen ja koostuu suurimmaksi osaksi filamenttikuidusta ja rakenneosa on vedon, taivutuksen ja/tai väännön vaikutuksen alainen.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että aihio (7) esivalmistetaan tankomateriaaliksi ja leikataan lopullisen rakenneosan vaatimiin pituuksiin ennen kuumamuovausmenetelmää.

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että fila-20 menttikuituja käytetään sellaisina pituuksina, jotka vastaavat vähintään lopullisen rakenneosan aihion pituutta.

• 5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että | aihio (7) muovataan niin, että sen pitkittäissuunnassa kulkevissa kerroksissa kui- .. 25 dut suuntautuvat eri suuntiin.

6. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että aihio muovataan useammasta kuin yhdestä polymeeriyhdisteestä, esimerkiksi , · . useilla kerroksilla eri matriksiraaka-aineita ja eri järjestyksessä ja/tai eri tilavuus- 30 prosenttiosuuksin ja/tai eri kuitumateriaalista ja/tai eri pituuksin. ':: 7. Jonkin patenttivaatimuksista 1 - 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että : aihio (7) muovataan lopulliseksi rakenneosaksi vuorotahtipursutuspuristusmene- [··] telmällä. 35 114976

7. Förfarande enligt nägot av patentkraven 1 tili 6, kännetecknat av att ämnet (7) omformas genom ett mottaktsflödespressförfarande tili den slutliga kompo-nenten. 5

8. Förfarande enligt nägot av patentkraven 1 tili 7, kännetecknat av att ämnet (7) i uppvärmningssteget uppvärms tili en temperatur pä 350 - 450 °C och sedan inpressas i negativformen (13), varvid under en eftertrycksfas en avkylning under glasövergängstemperaturen hos termoplasten pä exempelvis 143 °C sker. 10

8. Jonkin patenttivaatimuksista 1-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että aihio (7) kuumennetaan kuumennusvaiheessa esimerkiksi 350 - 450°C lämpötilaan ja puristetaan sitten negatiivimuotin (13) sisään, jolloin jälkipuristusvaiheen aikana tuote jäähtyy kestomuovin lasittumislämpötilan, esimerkiksi 143°C ala- i 5 puolelle.

9. Förfarande enligt nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknat av att som ätskiljningsämne i varmformningen används koi eller grafit.

9. Jonkin edellä mainitun patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuumamuovauksessa erotusaineena käytetään hiiltä tai grafiittia.

10. Förfarande enligt nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknat av att 15 ett ämne (7) bearbetas med PAEK (poly-aryl-eter-keton) förstärkt med koliber (6).

10. Jonkin edellä mainitun patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jalostetaan hiilikuiduilla (6) vahvistetusta PAEK-materiaalista (poly-aryylieetteriketoni) esivalmistettua aihiota (7).

11. Förfarande enligt nägot av patentkraven 1 tili 10, kännetecknat av att vid ätminstone en andel av ändlösa fibrer (6), dessa löper parallellt med ämnets (7) . . 20 axel.

11. Jonkin patenttivaatimuksista 1-10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, et- 15 tä ainakin osa filamenttikuiduista (6) kulkee aihiossa (7) sen akselin suuntaisesti.

12. Förfarande enligt nägot av patentkraven 1 tili 11, kännetecknat av att vid ;, * ätminstone en andel av fibrerna (6) i ämnet (7) uppvisar en inriktning pä 0 tili 90°. : 25 :13. Förfarande enligt nägot av patentkraven 1 tili 12, kännetecknat av att fibrerna uppvisar en längd pä mer än 3 mm. ·, 14. Förfarande enligt nägot av patentkraven 1 tili 13, kännetecknat av att fib- 30 rernas ytor vid flödespressningen blir omslutet täckta av matrismaterial. I » :" · 15. Förfarande enligt nägot av patentkraven 1 tili 14, kännetecknat av att press- : . *. temperaturen och presshastigheten stalls in som variabler för förändring av läget | ·’ och inriktningen av fibrerna i den färdiga komponenten. 35 114976

12. Jonkin patenttivaatimuksista 1-11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ainakin osa kuiduista (6) kulkee aihiossa (7) suunnassa 0 - 90°.

13. Jonkin patenttivaatimuksista 1-12 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, et tä kuitujen pituus on yli 3 mm.

• : 14. Jonkin patenttivaatimuksista 1-13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, et- :: tä pursutuspuristuksessa matriksimateriaali ympäröi peittävästi kuitujen pinnan. :'·* 25

:* 15. Jonkin patenttivaatimuksista 1-14 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, et tä puristuslämpötilaa ja puristusnopeutta säädetään muuttujana valmiissa rakenne-•. osissa olevien kuitujen aseman ja suunnan muuttamiseksi.

16. Förfarande enligt nägot av patentkraven 1 tili 15, kännetecknat av att kom-ponenten vid varmomformningen erhäller ytterligare ytförsegling.

16. Jonkin patenttivaatimuksista 1-15 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, et- *:* tä kuumamuovauksessa rakenneosien pinta saa lisäpeitteen. • Iti» • · » : 17. Kuituvahvisteisista kestomuoveista koostuva rakenneosa, joka on valmis- II» J ]···' tettu vähintään jonkin patenttivaatimuksista 1-16 mukaisen menetelmän mu- • » 35 kaan, tunnettu siitä, että ennalta määrätyllä kuitujen kululla on paikallisesti en nalta määritellyt jäykkyydet ja lujuudet, jolloin rakenneosa on rakennettu lii- 114976 toselementiksi, jossa on työkalua varten oleva tarttumiskohta sekä kierrekara (5), ja että liitoselementin jäykkyys käsittelypäästä vapaaseen päähän muuttuu erilaisista kuitusuunnista johtuen.

17. Komponent av fiberförstärkt termoplast, framställd enligt ett förfarande en- 5 ligt nägot av patentkraven 1 tili 16, kännetecknad av omräden med genom ett förbestämt förlopp hos fibrema lokalt förbestämd styvhet och hällfasthet, varvid komponenten är utförd som förbindningselement med en angreppsände för ett verktyg och ett gängat skaft (5), och av att styvheten hos förbindningselementet varierar frän angreppsänden tili den fria änden genom olika fiberorientering. 10

18. Komponent enligt patentkrav 17, kännetecknad av att fibrema (6) löper ätminstone närä nog parallellt med komponentens mittaxel frän angreppsänden till over den omedelbart tili denna angränsande gängade änden (4), medan där-emot fibrema i resten av gängavsnittet följer närä ytan hos gängkonturen i kom- 15 ponentens axelriktning, i kämomrädet hos detta avsnitt är dock mot den fria än den tilltagande tillfälligt fördelad fiberorientering anordnad.

18. Patenttivaatimuksen 17 mukainen rakenneosa, tunnettu siitä, että käsit telypäästä lähtevät kuidut (6) kulkevat välittömästi siihen liittyvien kierteiden (4) ohi ainakin melkein yhdensuuntaisesti rakenneosan keskiakselin suhteen, kun taas lopulla kierreosalla olevat kuidut kulkevat kierreääriviivan pinnan lähellä rakenneosan akselin suuntaisesti, mutta tämän osan sydänalueella vapaata päätä kohden 10 enemmän satunnaisesti jakaantuneina.

19. Komponent enligt patentkrav 17 och 18, kännetecknad av att styvheten hos komponenten avtar stegformigt eller kontinuerligt pä grand av olika fiberoriente- . . 20 ring frän angreppsänden sett till den fria änden. > > I ’ ‘ 20. Komponent enligt nägot av patentkraven 17 tili 19, kännetecknad av att ’ . · ätminstone ett blindhäl eller en genomgängsöppning, exempelvis för insättning av » . · ett vridverktyg eller för genomföring av ett fästmedel är anordnat i komponenten. .. 25

19. Patenttivaatimusten 17 ja 18 mukainen rakenneosa, tunnettu siitä, että rakenneosan jäykkyys käsittelypäästä nähtynä muuttuu porrastetusti tai jatkuvasti vapaata päätä kohden. 15

20. Jonkin patenttivaatimuksista 17-19 mukainen rakenneosa, tunnettu siitä, että rakenneosassa on vähintään yksi umpireikä tai läpiaukko esimerkiksi kierto-työkalun käyttöä tai kiinnitysvälineiden läpivientiä varten.

21. Komponent enligt patentkrav 20, kännetecknad av att blindhälet eller ge-nomgängsöppningen informas vid framställningen av komponenten.

21. Patenttivaatimuksen 20 mukainen rakenneosa, tunnettu siitä, että umpireikä ; ’ tai läpireikä muovataan rakenneosaan sen valmistuksen yhteydessä. * .· 22. Jonkin patenttivaatimuksista 17 - 21 mukainen rakenneosa, tunnettu siitä, :| että rakenneosa on lääketieteellistä käyttöä varten rakennettu rakenneyhteensopi- : 25 vaksi Corticalis-ruuviksi tai Spongiosa-ruuviksi.

22. Komponent enligt nägot av patentkraven 17 tili 21, kännetecknad av att 30 komponenten är utformad för den medicinska användningen som strukturkompa- tibel Corticalis- eller Spongiosaskruv. • : , 23. Komponent enligt patentkrav 17, kännetecknad av att denna är utformad som rems- eller plattformad monteringsdel (18) med en eller fler genomgängs- » » 35 öppningar (14) och/eller utstäende avsnitt över längd- och/eller sidobegränsnin- 114976 gama, varvid styvheten och hällfastheten over denna hela längd och/eller bredd och/eller diameter är förbestämd.

23. Patenttivaatimuksen 17 mukainen rakenneosa, tunnettu siitä, että se on ra-:. kennettu nauhan tai levyn muotoiseksi asennusosaksi (18), jossa on yksi tai useita läpäisyaukkoja (14) ja/tai pitkittäisreunojen tahi sivureunojen yli kohoavia osia, ’ 30 jolloin jäykkyys ja lujuus on ennalta määritetty sen koko pituudella ja/tai levey- dellä ja/tai halkaisijalla. » > t » ; .·, 24. Patenttivaatimuksen 17 tai 23 mukainen rakenneosa, tunnettu siitä, että ra- > » /··! kenneosa on rakennettu asennusosaksi (18) kuitujen (6) tiheämmällä järjestyk- « * 35 sellä läpiaukon (14) alueella ja/tai ulkonevien osien alueella, jolloin näillä tavan- 114976 omaisesti heikennetyillä vyöhykkeillä on sama lujuus ja jäykkyys kuin rakenneosan muilla alueilla.

25. Patenttivaatimuksen 17, 23 tai 24 mukainen rakenneosa, tunnettu siitä, että 5 rakenneosa on rakennettu osteosynteesilevyksi ja käytettäväksi esimerkiksi Corti- calis-ruuvin tai Spongiosa-ruuvin kanssa. 10 1. Förfarande för framställning av komponenter av fiberförstärkt termoplast, varvid först ett ämne (7) bildat av korta, länga och/eller ändlösa fibrer (6) och en termoplast förfärdigas och att detta ämne (7) förs tili det slutliga utseendet hos komponenten i ett varmformningsförfarande under tryck i en negativform, kän-netecknat av att ämnet (7) först uppvärms i ett uppvärmningssteg tili omform-15 ningstemperatur och sedan inpressas i negativformen (13) genom flödespressning.

24. Komponent enligt patentkrav 17 eller 23, kännetecknad av att komponen-5 ten är utformad som monteringsdel (18), genom tätare anordning av fibrer (6) i omrädet med genomgängsöppningen (14) och/eller utstäende avsnitt, varvid i dessa vanligtvis försvagade zoner uppvisar samma hällfasthet och styvhet som andra omraden hos komponenten.

25. Komponent enligt patentkraven 17, 23 eller 24, kännetecknad av kompo nenten är utformad som osteosyntesplatta, exempelvis för användningen med en Cortidis - eller spongiosaskruv. » * » · » · » » I -· » I » » » » » 1 » » ; · » il» * » I i ·