Laserové čistenie vs. povrchová textúra: priemyselné aplikácie, výhody a budúce trendy

Bez laserovej technológie by dnešné úspechy v presnej výrobe plechov boli nemožné. Laserové rezanie je teraz všadeprítomné a laserové zváranie-či už automatizované alebo manuálne- sa rýchlo rozširuje. Lasery sa však neobmedzujú len na rezanie a zváranie; môžu vykonávať aj čistenie.

Aj keď technológia laserového čistenia ešte nebola široko prijatá, už si vytvorila pevné miesto v aplikáciách, ako je odstraňovanie náterov a odstraňovanie hrdze, najmä v špecializovaných čistiacich procesoch v odvetviach, ako je letecký a automobilový priemysel. Väčšina zariadení na čistenie laserom využíva skenovacie optické komponenty, ktoré môžu pohybovať laserovým lúčom rýchlosťou niekoľkých metrov za sekundu a premietať ho na povrchy v požadovaných tvaroch (ako sú kruhové alebo obdĺžnikové).

Laserové čisteniezahŕňa sériu rôznych procesov, primárne rozdelených do dvoch kategórií. Jeden zahŕňa odstránenie povrchových kontaminantov, zatiaľ čo druhý zahŕňa „gravírovanie“ alebo „textúrovanie“ povrchu, aby spĺňal špecifické požiadavky na nátery, lepenie alebo iné aplikácie. Hoci odstraňovanie kontaminantov (označované ako „čistenie“) a laserová textúra môžu využívať podobné alebo dokonca identické zariadenia, tieto dva procesy sú zásadne odlišné a výrobcovia si vyberajú vhodnú kategóriu na základe svojich špecifických potrieb.

Jadrom laserového čistenia je odstránenie povrchových nečistôt, ako je hrdza a nežiaduca farba. Zariadenie zvyčajne obsahuje systém odsávania výparov na zachytávanie znečisťujúcich látok odstránených laserom. V niektorých kritických leteckých aplikáciách, ako je čistenie titánu, sú potrebné ochranné plyny, aby sa zabránilo tvorbe oxidov.

V mnohých bežných aplikáciách pracujú lasery na odstraňovaní povrchových kontaminantov. Ablácia (priama premena pevného materiálu na plyn) je najúčinnejšia, keď je prah ablácie kontaminantu výrazne nižší ako prah základného kovu, čo umožňuje laseru odparovať kontaminanty bez ovplyvnenia povrchu kovu.

Energia dodávaná laserom vykonáva čistiace operácie rôznymi spôsobmi v závislosti od materiálu, ktorý sa má odstrániť. Napríklad niekedy laser generuje na povrchu efekt tepelného šoku, ktorý spôsobuje, že sa povrchové úlomky, ako je hrdza, „otriasajú“ v dôsledku rozdielov v koeficientoch tepelnej rozťažnosti medzi kontaminantom a základným kovom. V iných prípadoch teplo lasera spáli materiál, ktorý sa má odstrániť,-zvyčajne farbu alebo iné organické povlaky.

Olejové škvrny sú priehľadné pre laserové svetlo, a preto ich nemožno odstrániť abláciou alebo tepelným šokom. V takýchto prípadoch laser „uvarí“ určité časti oleja. Konkrétne laser ohrieva malú oblasť na kovovom povrchu, čo spôsobuje, že kvapky oleja vyskakujú z povrchu do vzduchu, kde ich systém odsávania výparov zachytí. "V týchto aplikáciách je systém odsávania výparov rovnako dôležitý ako samotný laser."

Lasery ponúkajú presnosť, ktorá sa nevyrovná iným nástrojom. Výkon lasera, trvanie impulzu a profil lúča je možné nastaviť, čo umožňuje procesu odstrániť iba určené oblasti bez ovplyvnenia okolitých oblastí. Rovnako ako pri laserovom čistení,-kde zostáva základný kov počas odstraňovania nečistôt nedotknutý,-môže byť aj laserová textúra vykonávaná pod presnou kontrolou.

Počas týchto procesov je laserový lúč typicky Gaussov lúč s vysokou energiou sústredenou v jeho strede. Laser odstráni kovovú vrstvu, čo spôsobí, že kov pod ňou podstúpi okamžité fázové zmeny-z pevnej látky na kvapalnú a späť na pevnú. Tento proces zvyčajne využíva lasery s jedným-režimom, ktoré dokážu vytvoriť extrémne malé ohniská, čím sa vytvoria vysoko presné povrchové textúry.

Tento proces možno prirovnať k otryskaniu, pri ktorom je veľkosť každej abrazívne častice presne kontrolovaná,-hoci laserová textúra funguje úplne iným spôsobom: povrch sa upravuje pomocou laserového tepla, a nie fyzického nárazu abrazívnych častíc.

V niektorých aplikáciách výroby kovov môže laserová textúra presne vzorovať povrchy, aby sa zmenili ich vlastnosti-, napríklad aby bol povrch hydrofóbny. Tieto aplikácie na presné textúrovanie zvyčajne používajú lasery s extrémne krátkym trvaním impulzov, ktoré sa zvyčajne merajú v pikosekundách alebo femtosekundách. Na prípravu kovových povrchov na nátery sa používa mnoho ďalších textúrovacích aplikácií bez potreby abrazívnych častíc alebo chemických čistiacich prostriedkov.

Automatizované čistenie laserom je čoraz bežnejšie v prostrediach s nízkou{0}}zmesou a vysokým{1}}objemom. Typickou aplikáciou je napríklad čistenie pri zváraní batérií. "Tieto systémy spracovávajú milióny dielov, zvárajú viacero komponentov za sekundu a zároveň čistia ich povrchy."

Ďalšou rýchlo rastúcou aplikáciou je odstraňovanie mazív po razení. Predtým sa tieto operácie spoliehali na veľké-čistiace linky na prípravu lisovaných dielov na náter, pričom sa používali veľké objemy vody,-ktoré sa ľahko kontaminovali kovom a inými úlomkami, čo sťažovalo a predražovalo spracovanie.

Ďalšou dôležitou oblasťou použitia je príprava lepidla, najmä laserové textúrovanie. V niektorých prípadoch môže byť potrebné zostaviť kryty pomocou špecifických lepidiel, ktoré zodpovedajú povrchom s konkrétnymi textúrami alebo vzormi. Výroba brzdových doštičiek využíva podobnú technológiu: pred umiestnením brzdových doštičiek lasery textúrujú kovový povrch.

Rýchlosť a kvalitatívne prednosti laserového zvárania sú známe, a preto sa čoraz častejšie objavuje v dielňach. Môže teda laserová textúra nahradiť pieskovanie?

Automatizované zariadenia fungujú dobre vo veľkých{0}}objemových a malých{1}}scenároch kombinácie-hlavne pre diely s jednoduchými geometrickými tvarmi. Ako sa však diely stávajú čoraz zložitejšími a súčiastky sa zväčšujú, zvyšuje sa aj obtiažnosť automatizácie. Súvisí to s povahou laserovej textúry: v ideálnom prípade by mal byť laserový lúč kolmý na kovový povrch-alebo čo najbližšie ku kolmici.

Laserové čistenie a textúrovanie nie sú vhodné pre všetky situácie; ich použiteľnosť závisí od druhu odstraňovaného kontaminantu a požiadaviek na povrchovú úpravu. Lasery napríklad nie sú obzvlášť účinné pri odstraňovaní hrubých oxidových vrstiev zo za tepla -valcovaných oceľových plechov-, najmä v automatizovaných prostrediach vyžadujúcich vysoký výkon.

Napriek tomu laserové čistenie a textúrovanie stále vykazuje obrovský potenciál, najmä v odvetviach, ktoré sa snažia nájsť kvalifikovaných pracovníkov. Pieskovanie a chemické čistiace prostriedky často spôsobujú, že pracovné prostredie nie je ideálne.

Výmena všetkých abrazívnych médií a chemikálií za lasery-v súlade so správnymi bezpečnostnými protokolmi (vrátane osobných ochranných prostriedkov, laserových bezpečnostných opatrení a prepojených krytov s vhodným laserovým-bezpečným sklom)- môže zmeniť výrobné dielne na čistejšie a atraktívnejšie pracoviská. Pre priemysel, ktorý neustále hľadá nové spôsoby, ako prilákať pracovníkov, je vytvorenie lepšieho pracovného prostredia nepochybne dobrý nápad.