Lasersko čiščenje v primerjavi s površinskim teksturiranjem: industrijske aplikacije, prednosti in prihodnji trendi

Brez laserske tehnologije bi bili današnji dosežki v precizni izdelavi pločevine nemogoči. Lasersko rezanje je zdaj vseprisotno in lasersko varjenje-bodisi avtomatizirano ali ročno-se hitro širi. Vendar pa laserji niso omejeni na rezanje in varjenje; lahko izvajajo tudi čiščenje.

Čeprav tehnologija laserskega čiščenja še ni široko sprejeta, je že vzpostavila trdno oporo v aplikacijah, kot sta odstranjevanje barve in rje, zlasti v specializiranih postopkih čiščenja v panogah, kot sta vesoljska in avtomobilska industrija. Večina opreme za lasersko čiščenje uporablja optične komponente za skeniranje, ki lahko premikajo laserski žarek s hitrostjo nekaj metrov na sekundo in ga projicirajo na površine v želenih oblikah (kot so okrogle ali pravokotne).

Lasersko čiščenjeobsega vrsto različnih procesov, ki so v prvi vrsti razdeljeni v dve kategoriji. Ena vključuje odstranjevanje površinskih kontaminantov, medtem ko druga vključuje "graviranje" ali "teksturiranje" površine za izpolnjevanje posebnih zahtev za premaze, lepljenje ali druge aplikacije. Čeprav lahko odstranjevanje kontaminantov (imenovano "čiščenje") in lasersko teksturiranje uporabljata podobno ali celo enako opremo, sta ta dva postopka bistveno različna in proizvajalci izberejo ustrezno kategorijo na podlagi svojih posebnih potreb.

Jedro laserskega čiščenja je odstranjevanje površinskih kontaminantov, kot sta rja in neželena barva. Oprema običajno vključuje sistem za ekstrakcijo dima za zajemanje onesnaževal, ki jih odstrani laser. V nekaterih kritičnih aplikacijah v letalstvu, kot je čiščenje titana, so potrebni zaščitni plini, ki preprečujejo nastanek oksidov.

V mnogih običajnih aplikacijah laserji delujejo tako, da odstranijo površinske onesnaževalce. Ablacija (neposredna pretvorba trdnega materiala v plin) je najučinkovitejša, ko je prag ablacije kontaminanta bistveno nižji od praga navadne kovine, kar omogoča laserju, da upari kontaminante brez vpliva na kovinsko površino.

Energija, ki jo dovaja laser, izvaja čiščenje na različne načine, odvisno od materiala, ki ga je treba odstraniti. Na primer, včasih laser ustvari učinek toplotnega šoka na površini, kar povzroči, da se površinski ostanki, kot je rja, "otresejo" zaradi razlik v koeficientih toplotnega raztezanja med onesnaževalom in osnovno kovino. V drugih primerih toplota laserja sežge material, ki ga je treba odstraniti-običajno barvo ali druge organske premaze.

Oljni madeži so prozorni za lasersko svetlobo in jih zato ni mogoče odstraniti z ablacijo ali termičnim šokom. V takih primerih laser "zavre" določene dele olja. Natančneje, laser segreje majhno površino na kovinski površini, kar povzroči, da kapljice olja skočijo s površine v zrak, kjer jih sistem za ekstrakcijo dima zajame. "V teh aplikacijah je sistem za ekstrakcijo dima prav tako pomemben kot sam laser."

Laserji nudijo natančnost, ki ji ni para druga orodja. Moč laserja, trajanje impulza in profil žarka je mogoče prilagoditi, kar omogoča, da postopek odstrani samo določena območja, ne da bi vplival na okoliška območja. Tako kot pri laserskem čiščenju-kjer osnovna kovina ostane nedotaknjena med odstranjevanjem kontaminantov-je tudi lasersko teksturiranje mogoče izvesti pod natančnim nadzorom.

Med temi procesi je laserski žarek običajno Gaussov žarek z visoko energijo, koncentrirano v njegovem središču. Laser odstrani kovinsko plast, zaradi česar se osnovna kovina v hipu spremeni v fazo-iz trdne v tekočo in nazaj v trdno. Ta postopek običajno uporablja eno-načinske laserje, ki lahko ustvarijo izredno majhne žariščne točke in tako ustvarijo zelo natančne površinske teksture.

Ta postopek je mogoče primerjati s postopkom peskanja, pri katerem je velikost vsakega abrazivnega delca natančno nadzorovana,-čeprav lasersko teksturiranje deluje na povsem drugačen način: površino obdela z lasersko toploto in ne s fizičnim udarcem abrazivnih delcev.

V nekaterih aplikacijah za proizvodnjo kovin lahko lasersko teksturiranje natančno oblikuje površine in tako spremeni njihove lastnosti-na primer tako, da naredi površino hidrofobno. Te aplikacije za natančno teksturiranje običajno uporabljajo laserje z izjemno kratkimi impulzi, ki se običajno merijo v pikosekundah ali femtosekundah. Številne druge aplikacije za teksturiranje se uporabljajo za pripravo kovinskih površin za premaze, ne da bi pri tem potrebovali abrazivne delce ali kemična čistilna sredstva.

Samodejno lasersko čiščenje postaja vse pogostejše v okoljih z nizko-mešanico in veliko-količino. Na primer, čiščenje za baterijsko varjenje je tipična uporaba. "Ti sistemi obdelujejo milijone delov, varijo več komponent na sekundo, medtem ko čistijo njihove površine."

Odstranjevanje maziv po žigosanju predstavlja še eno hitro rastočo aplikacijo. Prej so se ti postopki zanašali na-čistilne linije velikega obsega za pripravo žigosanih delov za premazovanje z uporabo velikih količin vode-ki se zlahka onesnažijo s kovinskimi in drugimi ostanki, zaradi česar je obdelava težka in draga.

Priprava lepila je še eno pomembno področje uporabe, zlasti lasersko teksturiranje. V nekaterih primerih bo morda treba ohišja sestaviti s posebnimi lepili, ki se ujemajo s površinami z določenimi teksturami ali vzorci. Pri izdelavi zavornih ploščic se uporablja podobna tehnologija: pred namestitvijo zavornih ploščic laserji teksturirajo kovinsko površino.

Hitrost in kakovostne prednosti laserskega varjenja so dobro poznane, zato se vse pogosteje pojavlja v delavnicah. Torej, ali lahko lasersko teksturiranje nadomesti peskanje?

Avtomatizirana oprema se dobro obnese v scenarijih z veliko-količino,-mešanico-zlasti za dele preprostih geometrijskih oblik. Ker pa deli postajajo vse bolj zapleteni in sklopi delov postajajo večji, se povečuje tudi težava avtomatizacije. To je povezano z naravo laserskega teksturiranja: v idealnem primeru bi moral biti laserski žarek pravokoten na kovinsko površino-ali čim bližje pravokotnosti.

Lasersko čiščenje in teksturiranje nista primerna za vse situacije; njihova uporabnost je odvisna od vrste kontaminanta, ki ga je treba odstraniti, in zahtev glede površinske obdelave. Laserji na primer niso posebej učinkoviti pri odstranjevanju debelih oksidnih plasti z vroče{1}}valjanih jeklenih plošč-, zlasti v avtomatiziranih okoljih, ki zahtevajo visoko zmogljivost.

Kljub temu imata lasersko čiščenje in teksturiranje še vedno ogromen potencial, zlasti v panogah, ki težko najdejo kvalificirane delavce. Peskanje in kemična čistila pogosto povzročijo, da je delovno okolje manj kot idealno.

Zamenjava vseh abrazivnih medijev in kemikalij z laserji-z ustreznimi varnostnimi protokoli (vključno z osebno zaščitno opremo, laserskimi varnostnimi ukrepi in zaprtimi ohišji z ustreznim-varnim steklom)-lahko spremeni tovarniške delavnice v čistejša in privlačnejša delovna mesta. Za industrijo, ki nenehno išče nove načine za privabljanje delavcev, je ustvarjanje boljšega delovnega okolja nedvomno dobra ideja.