Laserové čištění vs. texturování povrchu: Průmyslové aplikace, výhody a budoucí trendy

Bez laserové technologie by dnešní úspěchy v přesné výrobě plechů nebyly možné. Řezání laserem je nyní všudypřítomné a laserové svařování -ať už automatizované nebo ruční- se rychle rozšiřuje. Lasery se však neomezují pouze na řezání a svařování; mohou také provádět čištění.

Přestože technologie laserového čištění ještě nenabyla širokého uplatnění, již si vytvořila pevnou oporu v aplikacích, jako je odstraňování nátěrů a odstraňování rzi, zejména ve specializovaných čisticích procesech v průmyslových odvětvích, jako je letecký a automobilový průmysl. Většina laserových čisticích zařízení využívá skenovací optické komponenty, které mohou pohybovat laserovým paprskem rychlostí několika metrů za sekundu a promítat jej na povrchy v požadovaných tvarech (jako je kruhový nebo obdélníkový).

Laserové čištěnízahrnuje řadu různých procesů, primárně rozdělených do dvou kategorií. Jedna zahrnuje odstranění povrchových kontaminantů, zatímco druhá zahrnuje „rytí“ nebo „texturování“ povrchu, aby byly splněny specifické požadavky na nátěry, lepení nebo jiné aplikace. Přestože odstraňování kontaminantů (označované jako „čištění“) a laserové texturování mohou využívat podobná nebo dokonce identická zařízení, tyto dva procesy se zásadně liší a výrobci vybírají vhodnou kategorii na základě svých specifických potřeb.

Jádrem laserového čištění je odstranění povrchových nečistot, jako je rez a nežádoucí barva. Zařízení obvykle zahrnuje systém odsávání výparů pro zachycení znečišťujících látek odstraněných laserem. V některých kritických leteckých aplikacích, jako je čištění titanu, jsou vyžadovány ochranné plyny, aby se zabránilo tvorbě oxidů.

V mnoha běžných aplikacích pracují lasery na odstraňování povrchových nečistot. Ablace (přímá přeměna pevného materiálu na plyn) je nejúčinnější, když je práh ablace kontaminantu výrazně nižší než práh základního kovu, což umožňuje laseru odpařit kontaminanty bez ovlivnění povrchu kovu.

Energie dodávaná laserem provádí čištění různými způsoby v závislosti na materiálu, který má být odstraněn. Například někdy laser generuje na povrchu účinek tepelného šoku, který způsobí, že se povrchové úlomky, jako je rez, „setřásají“ kvůli rozdílům v koeficientech tepelné roztažnosti mezi kontaminantem a základním kovem. V jiných případech teplo laseru spálí odstraňovaný materiál-obvykle barvy nebo jiné organické povlaky.

Olejové skvrny jsou pro laserové světlo transparentní, a proto je nelze odstranit ablací nebo tepelným šokem. V takových případech laser „uvaří“ určité části oleje. Konkrétně laser zahřívá malou oblast na kovovém povrchu, což způsobuje, že kapičky oleje vyskakují z povrchu do vzduchu, kde je systém odsávání výparů zachytí. "V těchto aplikacích je systém odsávání výparů stejně důležitý jako samotný laser."

Lasery nabízejí přesnost, kterou jiné nástroje nemají. Výkon laseru, trvání pulsu a profil paprsku lze upravit, což umožňuje procesu odstranit pouze určené oblasti bez ovlivnění okolních oblastí. Stejně jako při čištění laserem,-kdy základní kov zůstává během odstraňování nečistot nedotčen-, lze i laserové texturování provádět pod přesnou kontrolou.

Během těchto procesů je laserový paprsek typicky Gaussův paprsek s vysokou energií soustředěnou v jeho středu. Laser odstraní kovovou vrstvu, což způsobí, že kov pod ní podstoupí okamžité fázové změny-z pevné látky na kapalnou a zpět na pevnou látku. Tento proces obvykle využívá jedno-režimové lasery, které dokážou vytvořit extrémně malá ohnisková místa, a tím vytvořit vysoce přesné povrchové textury.

Tento proces lze přirovnat k tryskání, při kterém je velikost každé brusné částice přesně řízena,-ačkoli laserové texturování funguje zcela jiným způsobem: povrch se ošetřuje pomocí laserového tepla, nikoli fyzického dopadu abrazivních částic.

V některých aplikacích při výrobě kovů může laserové texturování přesně vzorovat povrchy, aby se změnily jejich vlastnosti-, například aby byl povrch hydrofobní. Tyto aplikace pro přesné texturování obvykle používají lasery s extrémně krátkou dobou trvání pulsu, obvykle měřenou v pikosekundách nebo femtosekundách. Mnoho dalších texturovacích aplikací se používá k přípravě kovových povrchů pro nátěry, aniž by byly vyžadovány abrazivní částice nebo chemické čisticí prostředky.

Automatizované čištění laserem je stále běžnější v prostředích s nízkou-směsí a velkým{1}}objemem. Typickou aplikací je například čištění při svařování baterií. "Tyto systémy zpracovávají miliony dílů, svařují více součástí za sekundu a zároveň čistí jejich povrchy."

Odstranění maziv po lisování představuje další rychle rostoucí aplikaci. Dříve se tyto operace spoléhaly na rozsáhlé-čistící linky k přípravě lisovaných dílů k nátěru pomocí velkého množství vody,-které se snadno kontaminovaly kovy a jinými nečistotami, což ztěžovalo a zdražovalo zpracování.

Další důležitou oblastí použití je příprava lepidla, zejména laserové texturování. V některých případech může být nutné sestavit kryty pomocí specifických lepidel, která odpovídají povrchům s konkrétní texturou nebo vzorem. Výroba brzdových destiček využívá podobnou technologii: před umístěním brzdových destiček lasery texturují kovový povrch.

Rychlost a kvalitativní výhody laserového svařování jsou známé, proto se stále častěji objevuje v dílnách. Může tedy laserové texturování nahradit pískování?

Automatizované vybavení funguje dobře ve scénářích velkého-objemu a nízkého{1}}mixu-zejména u dílů s jednoduchými geometrickými tvary. Jak se však díly stávají stále složitějšími a sestavy dílů se zvětšují, zvyšuje se také obtížnost automatizace. To souvisí s povahou laserového texturování: v ideálním případě by měl být laserový paprsek kolmý ke kovovému povrchu-nebo co nejblíže kolmici.

Laserové čištění a texturování nejsou vhodné pro všechny situace; jejich použitelnost závisí na typu odstraňovaného kontaminantu a požadavcích na povrchovou úpravu. Lasery například nejsou zvláště účinné při odstraňování silných oxidových vrstev ze za tepla-válcovaných ocelových plechů-zejména v automatizovaných prostředích vyžadujících vysokou propustnost.

Přesto laserové čištění a texturování stále vykazují obrovský potenciál, zejména v průmyslových odvětvích, která se potýkají s hledáním kvalifikovaných pracovníků. Pískování a chemické čističe často dělají pracovní prostředí méně než ideální.

Nahrazením všech abrazivních médií a chemikálií lasery-dodržováním správných bezpečnostních protokolů (včetně osobních ochranných prostředků, bezpečnostních opatření pro lasery a propojených krytů s vhodným laserovým-bezpečným sklem)-může proměnit tovární dílny na čistší a atraktivnější pracoviště. Pro průmysl, který neustále hledá nové způsoby, jak přilákat pracovníky, je vytvoření lepšího pracovního prostředí nepochybně dobrý nápad.