Laserreinigung vs. Oberflächentexturierung: Industrielle Anwendungen, Vorteile und zukünftige Trends

Ohne die Lasertechnologie wären die heutigen Errungenschaften in der Präzisionsblechfertigung nicht möglich. Laserschneiden ist mittlerweile allgegenwärtig und Laserschweißen {{1}ob automatisiert oder manuell- verbreitet sich rasch. Laser sind jedoch nicht auf das Schneiden und Schweißen beschränkt. Sie können auch Reinigungsarbeiten durchführen.

Obwohl sich die Laserreinigungstechnologie noch nicht weit verbreitet hat, hat sie sich bei Anwendungen wie der Lackentfernung und Rostbeseitigung, insbesondere bei speziellen Reinigungsprozessen in Branchen wie der Luft- und Raumfahrtindustrie und der Automobilindustrie, bereits fest etabliert. Die meisten Laserreinigungsgeräte verwenden scannende optische Komponenten, die den Laserstrahl mit Geschwindigkeiten von mehreren Metern pro Sekunde bewegen und ihn in gewünschten Formen (z. B. kreisförmig oder rechteckig) auf Oberflächen projizieren können.

Laserreinigungumfasst eine Reihe verschiedener Prozesse, die hauptsächlich in zwei Kategorien unterteilt sind. Beim einen geht es um das Entfernen von Oberflächenverunreinigungen, beim anderen um das „Gravieren“ oder „Texturieren“ der Oberfläche, um bestimmte Anforderungen für Beschichtungen, Klebeverbindungen oder andere Anwendungen zu erfüllen. Obwohl bei der Entfernung von Verunreinigungen (als „Reinigung“ bezeichnet) und bei der Lasertexturierung ähnliche oder sogar identische Geräte zum Einsatz kommen können, unterscheiden sich diese beiden Prozesse grundlegend, und die Hersteller wählen die geeignete Kategorie basierend auf ihren spezifischen Anforderungen aus.

Der Kern der Laserreinigung ist die Entfernung von Oberflächenverunreinigungen wie Rost und unerwünschter Farbe. Die Ausrüstung umfasst typischerweise ein Rauchabsaugsystem, um die vom Laser entfernten Schadstoffe aufzufangen. Bei einigen kritischen Luft- und Raumfahrtanwendungen, wie etwa der Titanreinigung, sind Schutzgase erforderlich, um die Bildung von Oxiden zu verhindern.

In vielen gängigen Anwendungen arbeiten Laser durch die Abtragung von Oberflächenverunreinigungen. Die Ablation (die direkte Umwandlung von Feststoff in Gas) ist am effektivsten, wenn die Ablationsschwelle der Verunreinigung deutlich niedriger ist als die des Grundmetalls, sodass der Laser die Verunreinigung verdampfen kann, ohne die Metalloberfläche zu beeinträchtigen.

Die vom Laser abgegebene Energie führt Reinigungsvorgänge je nach zu entfernendem Material auf unterschiedliche Weise durch. Beispielsweise erzeugt der Laser manchmal einen Thermoschockeffekt auf der Oberfläche, der dazu führt, dass Oberflächenablagerungen wie Rost aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der Verunreinigung und dem Grundmetall „abgeschüttelt“ werden. In anderen Fällen verbrennt die Hitze des Lasers das zu entfernende Material -typischerweise Farbe oder andere organische Beschichtungen.

Ölflecken sind für Laserlicht transparent und können daher nicht durch Ablation oder Thermoschock entfernt werden. In solchen Fällen „kocht“ der Laser bestimmte Teile des Öls. Konkret erhitzt der Laser einen kleinen Bereich auf der Metalloberfläche, wodurch Öltröpfchen von der Oberfläche in die Luft springen, wo das Rauchabsaugsystem sie auffängt. „Bei diesen Anwendungen ist das Rauchabsaugsystem genauso wichtig wie der Laser selbst.“

Laser bieten eine Präzision, die von anderen Werkzeugen nicht erreicht wird. Laserleistung, Pulsdauer und Strahlprofil können angepasst werden, sodass der Prozess nur die vorgesehenen Bereiche entfernen kann, ohne die umliegenden Regionen zu beeinträchtigen. Genau wie bei der Laserreinigung-bei der das Grundmetall bei der Entfernung von Verunreinigungen unberührt bleibt-kann auch die Lasertexturierung unter präziser Kontrolle durchgeführt werden.

Bei diesen Prozessen handelt es sich bei dem Laserstrahl typischerweise um einen Gaußschen Strahl, in dessen Zentrum eine hohe Energie konzentriert ist. Der Laser trägt die Metallschicht ab, wodurch das darunter liegende Metall augenblickliche Phasenänderungen-von fest zu flüssig und wieder zurück zu fest durchläuft. Bei diesem Verfahren kommen üblicherweise Single-Mode-Laser zum Einsatz, die extrem kleine Brennflecke erzeugen und so hochpräzise Oberflächentexturen erzeugen können.

Dieser Prozess kann mit einem Strahlvorgang verglichen werden, bei dem die Größe jedes Schleifpartikels genau gesteuert wird-obwohl die Lasertexturierung auf eine völlig andere Art und Weise funktioniert: Sie behandelt die Oberfläche mithilfe von Laserwärme und nicht durch physische Einwirkung von Schleifpartikeln.

Bei manchen Metallherstellungsanwendungen kann die Lasertexturierung Oberflächen präzise strukturieren, um deren Eigenschaften zu verändern-zum Beispiel die Oberfläche hydrophob zu machen. Bei diesen Präzisionstexturierungsanwendungen kommen typischerweise Laser mit extrem kurzen Pulsdauern zum Einsatz, die üblicherweise in Pikosekunden oder Femtosekunden gemessen werden. Viele andere Texturierungsanwendungen werden verwendet, um Metalloberflächen für Beschichtungen vorzubereiten, ohne dass abrasive Partikel oder chemische Reinigungsmittel erforderlich sind.

Die automatisierte Laserreinigung wird immer häufiger in Umgebungen mit geringem -Mix und hohem-Volumen eingesetzt. Eine typische Anwendung ist beispielsweise die Reinigung beim Batterieschweißen. „Diese Anlagen bearbeiten Millionen von Teilen, schweißen mehrere Bauteile pro Sekunde und reinigen gleichzeitig deren Oberflächen.“

Die Entfernung von Schmiermitteln nach dem Stanzen stellt eine weitere schnell wachsende Anwendung dar. Bisher waren diese Betriebe auf große Reinigungslinien angewiesen, um Stanzteile für die Beschichtung vorzubereiten. Dabei wurden große Wassermengen verwendet,{2}die leicht durch Metall und andere Ablagerungen verunreinigt werden können, was die Behandlung schwierig und kostspielig macht.

Ein weiterer wichtiger Anwendungsbereich ist die Klebstoffvorbereitung, insbesondere die Lasertexturierung. In einigen Fällen müssen Gehäuse möglicherweise mit speziellen Klebstoffen zusammengebaut werden, die auf Oberflächen mit bestimmten Texturen oder Mustern abgestimmt sind. Bei der Herstellung von Bremsbelägen kommt eine ähnliche Technologie zum Einsatz: Vor der Platzierung der Bremsbeläge texturieren Laser die Metalloberfläche.

Die Geschwindigkeits- und Qualitätsvorteile des Laserschweißens sind bekannt, weshalb es immer häufiger in Werkstätten Einzug hält. Kann die Lasertexturierung das Sandstrahlen ersetzen?

Automatisierte Geräte eignen sich gut für Szenarien mit hohem -Volumen und geringem-Mix-, insbesondere bei Teilen mit einfachen geometrischen Formen. Da jedoch Teile immer komplexer werden und Teilebaugruppen immer größer werden, nimmt auch die Schwierigkeit der Automatisierung zu. Dies hängt mit der Natur der Lasertexturierung zusammen: Idealerweise sollte der Laserstrahl senkrecht zur Metalloberfläche-oder möglichst senkrecht zur Metalloberfläche sein.

Laserreinigung und -texturierung sind nicht für alle Situationen geeignet; Ihre Anwendbarkeit hängt von der Art der zu entfernenden Verunreinigung und den Anforderungen an die Oberflächenbehandlung ab. Beispielsweise sind Laser nicht besonders effektiv bei der Entfernung dicker Oxidschichten von warm-gewalzten Stahlplatten-, insbesondere in automatisierten Umgebungen, die einen hohen Durchsatz erfordern.

Dennoch birgt die Laserreinigung und -texturierung immer noch ein enormes Potenzial, insbesondere in Branchen, die Schwierigkeiten haben, Fachkräfte zu finden. Sandstrahlen und chemische Reinigungsmittel beeinträchtigen oft die Arbeitsumgebung.

Der Ersatz aller abrasiven Medien und Chemikalien durch Laser-durch geeignete Sicherheitsprotokolle (einschließlich persönlicher Schutzausrüstung, Laserschutzmaßnahmen und verriegelter Gehäuse mit geeignetem laser-sicherem Glas)-kann Fabrikwerkstätten in sauberere, attraktivere Arbeitsplätze verwandeln. Für eine Branche, die ständig nach neuen Möglichkeiten sucht, Arbeitskräfte anzuziehen, ist die Schaffung eines besseren Arbeitsumfelds zweifellos eine gute Idee.