Laserreiniging versus oppervlaktetextuur: industriële toepassingen, voordelen en toekomstige trends

Zonder lasertechnologie zouden de huidige prestaties op het gebied van de precisieplaatbewerking onmogelijk zijn. Lasersnijden is nu alomtegenwoordig en laserlassen -geautomatiseerd of handmatig- raakt snel wijdverspreid. Lasers zijn echter niet beperkt tot snijden en lassen; ze kunnen ook schoonmaken.

Hoewel laserreinigingstechnologie nog niet op grote schaal is toegepast, heeft deze al een stevige voet aan de grond gekregen in toepassingen zoals het verwijderen van verf en roest, vooral in gespecialiseerde reinigingsprocessen in sectoren als de lucht- en ruimtevaart en de automobielsector. De meeste laserreinigingsapparatuur maakt gebruik van optische scancomponenten, die de laserstraal met snelheden van enkele meters per seconde kunnen verplaatsen en deze op oppervlakken in de gewenste vorm (zoals rond of rechthoekig) kunnen projecteren.

Laserreinigingomvat een reeks verschillende processen, voornamelijk onderverdeeld in twee categorieën. De ene omvat het verwijderen van oppervlakteverontreinigingen, terwijl de andere het "graveren" of "texturen" van het oppervlak omvat om te voldoen aan specifieke vereisten voor coatings, lijmverbindingen of andere toepassingen. Hoewel het verwijderen van verontreinigingen (ook wel 'reinigen' genoemd) en het lasertextureren vergelijkbare of zelfs identieke apparatuur kunnen gebruiken, zijn deze twee processen fundamenteel verschillend en selecteren fabrikanten de juiste categorie op basis van hun specifieke behoeften.

De kern van laserreiniging is het verwijderen van oppervlakteverontreinigingen, zoals roest en ongewenste verf. Apparatuur omvat doorgaans een rookafzuigsysteem om verontreinigende stoffen op te vangen die door de laser zijn verwijderd. Bij sommige kritische lucht- en ruimtevaarttoepassingen, zoals het reinigen van titanium, zijn beschermende gassen nodig om de vorming van oxiden te voorkomen.

In veel voorkomende toepassingen werken lasers door oppervlakteverontreinigingen te verwijderen. Ablatie (de directe omzetting van vast materiaal in gas) is het meest effectief wanneer de ablatiedrempel van de verontreiniging aanzienlijk lager is dan die van het basismetaal, waardoor de laser de verontreinigingen kan verdampen zonder het metalen oppervlak aan te tasten.

De door de laser afgegeven energie voert op verschillende manieren reinigingswerkzaamheden uit, afhankelijk van het te verwijderen materiaal. Soms genereert de laser bijvoorbeeld een thermisch schokeffect op het oppervlak, waardoor oppervlakteresten zoals roest "afschudden" als gevolg van verschillen in thermische uitzettingscoëfficiënten tussen de verontreiniging en het basismetaal. In andere gevallen verbrandt de hitte van de laser het te verwijderen materiaal-meestal verf of andere organische coatings.

Olievlekken zijn transparant voor laserlicht en kunnen daarom niet worden verwijderd door middel van ablatie of thermische schokken. In dergelijke gevallen "kookt" de laser bepaalde delen van de olie. Concreet verwarmt de laser een klein gebied op het metalen oppervlak, waardoor oliedruppels van het oppervlak in de lucht springen, waar het rookafzuigsysteem ze opvangt. "Bij deze toepassingen is het rookafzuigsysteem net zo belangrijk als de laser zelf."

Lasers bieden precisie die ongeëvenaard is door andere gereedschappen. Laservermogen, pulsduur en straalprofiel kunnen worden aangepast, waardoor het proces alleen de aangewezen gebieden kan verwijderen zonder de omliggende gebieden te beïnvloeden. Net zoals bij laserreiniging-waarbij het basismetaal onaangetast blijft tijdens het verwijderen van verontreinigingen-kan ook lasertextuur onder nauwkeurige controle worden uitgevoerd.

Tijdens deze processen is de laserstraal doorgaans een Gaussiaanse straal, met hoge energie geconcentreerd in het midden. De laser ablateert de metaallaag, waardoor het onderliggende metaal onmiddellijke faseveranderingen ondergaat-van vast naar vloeibaar en weer terug naar vast. Bij dit proces wordt meestal gebruik gemaakt van single-lasers, die extreem kleine brandpunten kunnen produceren, waardoor uiterst nauwkeurige oppervlaktestructuren ontstaan.

Dit proces kan worden vergeleken met een straaloperatie, waarbij de grootte van elk schurend deeltje nauwkeurig wordt geregeld-hoewel lasertextuur op een heel andere manier werkt: het behandelt het oppervlak met behulp van laserwarmte in plaats van de fysieke impact van schurende deeltjes.

In sommige metaalproductietoepassingen kan lasertextuur oppervlakken nauwkeurig van een patroon voorzien om hun eigenschappen te veranderen-door bijvoorbeeld het oppervlak hydrofoob te maken. Deze precisietextuurtoepassingen maken doorgaans gebruik van lasers met extreem korte pulsduur, meestal gemeten in picoseconden of femtoseconden. Veel andere textuurtoepassingen worden gebruikt om metalen oppervlakken voor te bereiden op coatings, zonder dat er schurende deeltjes of chemische reinigingsmiddelen nodig zijn.

Geautomatiseerde laserreiniging wordt steeds gebruikelijker in omgevingen met een laag-mix en hoog-volume. Reinigen bij batterijlassen is bijvoorbeeld een typische toepassing. "Deze systemen verwerken miljoenen onderdelen, lassen meerdere componenten per seconde en reinigen hun oppervlakken."

Het verwijderen van smeermiddelen na het stempelen is een andere snelgroeiende toepassing. Voorheen waren deze activiteiten afhankelijk van grootschalige -reinigingslijnen om gestempelde onderdelen voor te bereiden voor coating, waarbij grote hoeveelheden water werden gebruikt-die gemakkelijk kunnen worden verontreinigd met metaal en ander afval, waardoor de behandeling moeilijk en kostbaar wordt.

Lijmvoorbereiding is een ander belangrijk toepassingsgebied, met name lasertextuur. In sommige gevallen moet het mogelijk zijn dat behuizingen worden geassembleerd met behulp van specifieke lijmen die passen bij oppervlakken met bepaalde texturen of patronen. Bij de productie van remblokken wordt gebruik gemaakt van soortgelijke technologie: voordat de remblokken worden geplaatst, geven lasers textuur aan het metalen oppervlak.

De snelheids- en kwaliteitsvoordelen van laserlassen zijn algemeen bekend en daarom verschijnt het steeds vaker in werkplaatsen. Kan lasertextuur het zandstralen vervangen?

Geautomatiseerde apparatuur presteert goed in scenario's met een hoog-volume en een lage-mix-vooral voor onderdelen met eenvoudige geometrische vormen. Naarmate onderdelen echter steeds complexer worden en onderdeelassemblages groter worden, neemt ook de moeilijkheidsgraad van automatisering toe. Dit heeft te maken met de aard van lasertextureren: idealiter zou de laserstraal loodrecht op het metalen oppervlak moeten staan-of zo dicht mogelijk loodrecht mogelijk zijn.

Laserreiniging en texturering zijn niet voor alle situaties geschikt; de toepasbaarheid ervan hangt af van het type verontreiniging dat moet worden verwijderd en de vereisten voor oppervlaktebehandeling. Lasers zijn bijvoorbeeld niet bijzonder effectief in het verwijderen van dikke oxidelagen van heet-gewalste staalplaten-, vooral in geautomatiseerde omgevingen die een hoge verwerkingscapaciteit vereisen.

Niettemin laten laserreiniging en texturering nog steeds een enorm potentieel zien, vooral in sectoren die moeite hebben om geschoolde arbeidskrachten te vinden. Zandstralen en chemische reinigingsmiddelen maken de werkomgeving vaak niet ideaal.

Het vervangen van alle schurende media en chemicaliën door lasers-door middel van de juiste veiligheidsprotocollen (waaronder persoonlijke beschermingsmiddelen, laserveiligheidsmaatregelen en onderling verbonden behuizingen met geschikt laser-veilig glas)-kan fabriekswerkplaatsen transformeren in schonere, aantrekkelijkere werkplekken. Voor een sector die voortdurend op zoek is naar nieuwe manieren om werknemers aan te trekken, is het creëren van een betere werkomgeving ongetwijfeld een goed idee.