Čistenie laserom a laserový povrch pre presné výroby plechov pre presnosť kovov by dnešné úspechy jednoducho neboli možné bez laserovej technológie. Laserové rezanie je už všadeprítomné a laserové zváranie (či už automatizované alebo manuálne) tiež rýchlo získava popularitu. Ale lasery robia viac ako len rezané a zvar, môžu sa čistiť. Aj keď technológia čistenia laserom sa ešte nestala populárnou, etablovala sa v aplikáciách, ako je odstránenie farby a hrdze, najmä v špecializovaných aplikáciách čistenia v odvetviach, ako sú Aerospace a Automotive. Väčšina laserových čistiacich zariadení využíva skenovaciu optiku, ktorá pohybuje laserovým lúčom rýchlosťou niekoľkých metrov za sekundu, aby ho premieta do požadovaného tvaru (napríklad kruh alebo obdĺžnik).
Čo presne je čistenie laserom?
Čistenie laserom zahŕňa celý rad rôznych procesov, ktoré spadajú do dvoch hlavných kategórií. Jedným z nich je odstránenie povrchových kontaminantov a druhým je „gravírovanie“ alebo „textúrovanie“ povrchu na prispôsobenie špecifického povlaku, lepiaceho lepenia alebo iných potrieb aplikácie. Zatiaľ čo odstraňovanie kontaminantov (známe ako „čistenie“) a laserové textúrovanie môžu používať podobné alebo dokonca rovnaké vybavenie, dva procesy sú zreteľné a výrobcovia si vyberajú medzi rôznymi kategóriami v závislosti od ich potrieb.
Ako lasery čistia?
V jadre je čistenie laserom o odstraňovaní povrchových kontaminantov, ako je hrdza a nežiaduca farba. Zariadenie je často vybavené systémom extrakcie dymu, ktorý zachytáva kontaminanty, ktoré sú odstránené laserom. V niektorých kritických leteckých aplikáciách, ako je čistenie titánu, sa na zabránenie tvorby oxidu používa tieniaci plyn. V mnohých bežných aplikáciách lasery pracujú odstraňovaním povrchových kontaminantov. Ablácia (prevod pevnej látky priamo na plyn) funguje najlepšie, keď prahová hodnota kontaminantu je výrazne pod prahom základného kovu, takže laser môže kontaminant rozprašovať bez ovplyvnenia kovového povrchu. Energia dodávaná laserom vykonáva čistiacu operáciu rôznymi spôsobmi, v závislosti od odstráneného materiálu. Napríklad niekedy laser vytvára na povrch termálny šokový účinok, čo spôsobuje rozdiel v koeficientoch tepelnej expanzie medzi povrchovými zvyškami, ako je hrdza a základný kov, a šok vytvára „otrasy“ hrdze na povrch. V iných prípadoch teplo lasera spaľuje odstránený materiál, ktorý je zvyčajne na farbu alebo iné organické povlaky.
Kontaminácia oleja je priehľadná pre lasery, takže nie je odstránená abláciou alebo tepelným šokom. V tomto prípade laser „vrie“ určité časti oleja. Konkrétne laser zahrieva malé oblasti kovového povrchu, čo spôsobuje, že kvapôčky oleja vyskočia z povrchu do vzduchu, kde systém extrakcie dymu zachytáva tieto kvapôčky. „V týchto aplikáciách je systém extrakcie dymu rovnako dôležitý ako samotný laser.
Laserové textúrovacie povrchy
Lasery ponúkajú presnosť, ktorú je ťažké porovnávať s inými nástrojmi. Laserový výkon, trvanie impulzov a profil lúča sa dajú nastaviť tak, aby proces odstránil iba zamýšľanú časť a necháva ďalšie oblasti neovplyvnené. Rovnako ako laserové čistenie odstraňuje kontaminanty, zatiaľ čo základný kov nedotkne, laserové textúrovanie sa dá vykonať aj s presným ovládaním. V týchto procesoch je laserový lúč zvyčajne gaussovský lúč s vysokou energiou v strede lúča, ktorý oslovuje kovovú vrstvu a spôsobuje, že kov pod ním podstúpi okamžitú zmenu stavu z pevnej na kvapalinu a späť na pevnú látku. Tento proces zvyčajne používa lasery s jedným režimom, ktoré umožňujú veľmi malé veľkosti škvrny, čím vytvárajú mimoriadne presné textúry. Analógiu je možné nakresliť na otryskanie, kde je veľkosť každého zrna piesku presne riadená, hoci laserové textúrovanie funguje úplne iným spôsobom, ktorý ošetrí povrch skôr teplom lasera, a nie fyzickým dopadom zŕn piesku. V niektorých kovových výrobných aplikáciách môže laserové textúrovanie presne vymyslieť povrch, ktorý zmení svoje vlastnosti, ako je napríklad hydrofóbna. Tieto aplikácie precíznej textúrovania zvyčajne používajú lasery s veľmi krátkym trvaním impulzov, ktoré sa zvyčajne merajú v pikosekundách alebo femtosekundách. Na prípravu kovových povrchov na nátery sa používa mnoho ďalších textúrnych aplikácií bez použitia chemikálií štrku alebo čistenia.
.
Automatizované aplikácie
Automatizované čistenie laserov sa stáva častejším v prostrediach s nízkym rozlíšením, s vysokým objemom. Čistiace zvary batérie sú napríklad typickou aplikáciou. „Tieto systémy spracúvajú milióny častí a zvárajú viac obrobkov za sekundu na čistenie povrchov.“ Odstránenie mazania po pečiatke je ďalšou rastúcou aplikáciou. Predtým sa tieto operácie spoliehali na veľké čistiace čiary, aby pripravili pečiatky na povlak, pričom využívali veľké množstvo vody, ktoré bolo ľahko kontaminované kovmi a inými zvyškami a pri manipulácii s ťažkými a nákladnými. Príprava dlhopisov je ďalšou dôležitou oblasťou aplikácie, najmä laserovou textúrou. V niektorých prípadoch bude možno potrebné zostaviť puzdro so špecifickým lepidlom, ktoré sa zhoduje s povrchom so špecifickou textúrou alebo vzorom. Výroba brzdovej podložky používa podobnú technológiu, kde laser textúruje kovový povrch pred umiestnením brzdovej podložky.
Nahradenie pieskovcov?
Výhody rýchlosti a kvality laserového zvárania sú dobre známe, a preto sa stále viac objavuje na podlahe obchodu. Môže teda laserové textúrovanie nahradiť pieskové blesk? Automatizované vybavenie funguje dobre v situáciách s vysokým objemom a nízkym rozmerom, najmä pre jednoduché geometrie časti. Avšak, keď sa časti stávajú zložitejšími a kombinácie čiastočne sa zväčšujú, náročnosť automatizácie sa zvyšuje. To súvisí s povahou laserového textúrovania, ktoré v ideálnom prípade vyžaduje, aby lúč bol kolmý na kovový povrch alebo čo najbližšie k kolmému.
Vznikajúca alternatíva
Čistenie a textúrovanie laserom nie sú vo všetkých prípadoch vhodné v závislosti od kontaminantov, ktoré je potrebné odstrániť, a požiadaviek na prípravu povrchu. Napríklad lasery nie sú dobré pri odstraňovaní stupnice mlyna z hustej dosky valcovanej v rotu, najmä v automatizovanom prostredí, ktoré vyžaduje vysokú priepustnosť. Napriek tomu čistenie a textúrovanie laserom vykazujú veľký potenciál, najmä v odvetviach, ktoré hľadajú kvalifikovaných pracovníkov. Pieskové bleskové a chemické čistiace prostriedky často robia životné prostredie menšie ako nedotknuté. „Mnoho ľudí chce vidieť zelenšie a udržateľnejšie procesy vo výrobe,“ povedal Miller Cordeiro, manažér obsahu spoločnosti Laser Photonics. „Čistenie laserom a podobné technológie poskytujú výrobcom viac možností a zároveň im pomáhajú zlepšiť ich návratnosť investícií.“ Nahradenie všetkých štrkov a chemikálií lasermi, spolu so správnymi bezpečnostnými protokolmi (OOP, bezpečnosť svetla, blokované kryty s vhodným laserovým bezpečnostným sklom), môže urobiť z výrobného podlahy čistejšie a atraktívnejšie miesto na prácu. Pre priemysel, ktorý neustále hľadá nové spôsoby, ako prilákať pracovníkov, je vytvorenie lepšieho pracovného prostredia určite dobrým nápadom.
