Čištění povrchů se provádí v různých oborech, od leteckého průmyslu a jaderné dekontaminace až po pekárny a konzervaci uměleckých děl. A přestože jsou jednotlivé materiály a procesy stejně rozmanité jako odvětví, která je využívají, téměř všechny tyto aplikace sdílejí určitý základní požadavek. Konkrétně se jedná o potřebu úplného odstranění povrchové vrstvy, aniž by došlo k poškození nebo změně materiálu pod ní.
Lasery nabízejí jedinečné výhody při těchto úkonech odstraňování materiálu a přípravy povrchu. Dokážou důkladně odstranit selektivní vrstvy materiálu a přitom prakticky neovlivňují povrch pod nimi. Čištění laserem je navíc obvykle rychlejší a šetrnější k životnímu prostředí než jiné metody. Z těchto důvodů se laserové čištění stále více prosazuje v mnoha aplikacích a průmyslových odvětvích.
Zde si projdeme základy laserového čištění (známého také jako laserová ablace a laserové tryskání) a probereme, jak vybrat správný systém pro vaši konkrétní aplikaci.
Tradiční čištění povrchů
Mezi typické postupy čištění povrchů patří:
- Odmaštění nebo odstranění oleje a jiných zbytků před svařováním, nanášením nátěru nebo lepením.
- Čištění kovů od rzi a jiných oxidů
- Odstraňování nátěrů
- Odlakování - částečné (nikoli úplné) odstranění vrstvy, například laku nebo základního nátěru.
- Odstraňování separačních látek z forem na pneumatiky, plasty, potraviny a kompozitní materiály.
- Odizolování drátů
- Čištění a restaurování kamenných památek a architektonických fasád
- Jaderná dekontaminace - odstranění radioaktivních povrchových vrstev z potrubí, nádrží, ochranných konstrukcí a dalších součástí reaktoru.
K čištění různých povrchů se již dlouho používá několik nelaserových metod. Většinu z nich lze obecně rozdělit do tří kategorií - abrazivní tryskání, chemická rozpouštědla nebo mechanické techniky. Stojí za to si každou z nich projít.
Tryskání abrazivem
Jak to funguje:
Pohání písek, skleněné kuličky, suchý led nebo jiné pevné částice vysokou rychlostí, aby mechanicky odstranily povlaky nebo nečistoty.
Primární výhody:
- Rychle a levně
- Jednoduchá implementace
- Může strukturovat povrch, pokud je požadována drsnost.
Hlavní nevýhody:
- Nepřesné, mohou poškodit nebo zdrsnit podklad.
- Vzniká prach a odpad, který se musí sbírat nebo vyměňovat.
- Vyžaduje spotřební média a údržbu trysek
- Hlučné, často vyžadují zvukově izolované skříně
Chemické čištění
Jak to funguje:
Používá kyseliny, zásady, rozpouštědla nebo reaktivní roztoky k rozpouštění, uvolňování nebo odstraňování nečistot, přičemž základní materiál zůstává z velké části nedotčen.
Primární výhody:
- Lze zpracovávat velké plochy nebo složité vnitřní geometrie, jako jsou otvory nebo kanály.
- Vytváří chemicky čisté povrchy připravené k lepení
Hlavní nevýhody:
- Zahrnuje nebezpečné chemické látky, které vyžadují přísné zacházení a nákladnou likvidaci.
- Představuje zdravotní a environmentální rizika
- Vysoká propustnost vyžaduje rozměrné specializované zařízení
Mechanické broušení/drcení
Jak to funguje:
Používá brusné kotouče, kartáče nebo nástroje, které jsou v přímém kontaktu s povrchem, aby seškrábaly, odřezaly nebo odnesly nežádoucí materiál.
Primární výhody:
- Jednoduchý, dobře srozumitelný proces
- Rychle odstraňuje silný vodní kámen nebo povlaky
Hlavní nevýhody:
- Mohou vydrolit nebo deformovat povrchy
- Nekonzistentní výsledky
- Nevhodné pro složité tvary nebo přesné díly.
- Vzniká prach a nečistoty, které se musí sbírat.
Potřeba lepší technologie
Každá z těchto starších metod může být účinná a všechny mají své využití. Výrobce však stále více motivuje několik faktorů k hledání lepšího přístupu.
Jedním z klíčových podnětů ke změně je potřeba podporovat stále vyšší úroveň přesnosti a opakovatelnosti procesů napříč odvětvími. Navíc nové materiály - používané ve výrobcích od pokročilých kompozitů po součásti baterií - vyžadují šetrnější a selektivnější čištění, než jaké je možné tradičními technikami.
Dalším faktorem změn je soustavný ekonomický tlak na výrobce, aby snižovali provozní náklady a náklady na spotřební materiál a aby zkracovali prostoje spojené s údržbou a čištěním. Kromě toho se společnosti všech velikostí nadále zaměřují na procesy vhodné pro automatizaci a kompatibilní s moderními technikami řízení procesů.
Výrobci na celém světě čelí stále přísnějším předpisům v oblasti životního prostředí a bezpečnosti. Dodržování těchto předpisů vyžaduje eliminaci nebezpečných chemických látek, snížení spotřeby vody a snížení produkce odpadu.
Základy čištění laserem
Laserové čištění bylo vyvinuto speciálně k překonání omezení starších metod čištění. Nabízí proces, který je plně kompatibilní s moderním výrobním prostředím a vyšší přesností výroby. Navíc je ekologičtější, udržitelnější a nákladově efektivnější.
Zopakujme si základy laserového čištění, abychom pochopili, jak těchto cílů dosahuje.
Při laserovém čištění se krátkodobé, vysoce energetické pulzy laserového světla soustředí a skenují po povrchu, aby odstranily nežádoucí povlak nebo nečistotu. Parametry laseru jsou pečlivě zvoleny tak, aby povrchová vrstva světlo silně absorbovala, zatímco podkladový materiál jej buď odráží, nebo absorbuje minimálně.
Tato přednostní absorpce laserového světla v nadložním materiálu umožňuje účinné odstranění. Přesný mechanismus tohoto odstraňování však závisí na konkrétních parametrech laseru a vlastnostech substrátu. Může zahrnovat přímou ablaci, zahřívání a rychlé odpařování, rázovou vlnou řízenou spallation nebo dokonce fotochemický rozklad povrchové vrstvy.
Laserové čištění nabízí bez ohledu na specifika vynikající přesnost a kontrolu, protože rychlost a hloubku odstraňování materiálu lze přesně vyladit nastavením parametrů laseru, jako je energie pulzu, doba trvání pulzu, opakovací frekvence a rychlost skenování.Laserové čištění tak lze optimalizovat jak pro práci s jemnými povrchy, tak pro dosažení agresivní rychlosti odstraňování.
Laserové čištění je také prostorově selektivní, což znamená, že dokáže odstranit nečistoty z určité oblasti povrchu, aniž by ovlivnilo sousední materiál. Laserové čištění nabízí tak přesné zacílení, že jej lze použít k odstranění materiálu v povrchových oblastech o velikosti menší než jeden milimetr čtvereční.
Laserové čištění je navíc bezkontaktní. Nepřináší žádné mechanické namáhání, nezanechává zrnitost ani zbytky a nezpůsobuje opotřebení, poškození povrchu ani tepelné deformace. Bezkontaktní provoz také minimalizuje spotřebu spotřebního materiálu a vyhýbá se rozpouštědlům (a všem rizikům a problémům s jejich likvidací).
Laserové čištění lze snadno automatizovat, a to buď částečně, nebo plně. V mnoha případech jej lze integrovat do stávajících výrobních procesů. A protože lze laserové čištění automatizovat a přesně řídit, přináší konzistentní výsledky. To vše má obrovský pozitivní dopad na náklady, kvalitu, výnosy a výkonnost.
To však neznamená, že laserové čištění je vhodné pro každou aplikaci. Nejlépe se hodí pro odstraňování homogenních a lokálně omezených vrstev. Obvykle je méně ekonomické pro odstraňování vrstev o tloušťce nad 0,5 mm, zejména na velkých plochách (několik metrů čtverečních). Laserové čištění je také méně použitelné pro složité 3D díly, zejména ty, které blokují zorný úhel laserové optiky. A konečně, laserové čištění obvykle představuje vyšší investiční náklady než jiné metody. - i když nižší provozní náklady a náklady na spotřební materiál je mohou rychle kompenzovat.
Výběr řešení pro čištění laserem
Laserové čisticí produkty sahají od laserových zdrojů přes ruční a přenosná zařízení až po malé poloautomatické skříně a plně automatizovaná řešení určená pro rychlé zpracování velkých součástí a sestav.
Laserová čisticí zařízení sahají od extrémně přenosných strojů až po velké automatizované systémy.
Množství možností se může zdát ohromující. Jak se tedy touto složitostí prokousat a vybrat ten správný produkt pro vaši aplikaci?
Nejlepším přístupem je obvykle nejprve zvážit typ kontaminantu, poté materiál substrátu a nakonec praktické aspekty, jako je propustnost a integrace. Prozkoumejme typické požadavky na každý z těchto faktorů.
Krok č. 1: Identifikace kontaminantu
| Typ kontaminantu | Typická potřeba odstranění | Požadavky na laser |
| Lehké organické látky (oleje, tuky) | Šetrné čištění povrchu | Nízká fluence, vysoká opakovací frekvence |
| Barvy, laky | Řízené odstraňování vrstev | Mírná intenzita proudění, nastavitelné parametry |
| Rez, oxidy, vodní kámen | Hloubkové, agresivní odstranění | Vyšší fluence, vysoký špičkový výkon |
| Vícevrstvé povlaky | Selektivní a přesné odstranění | Laditelná šířka a energie pulzu |
| Rezidua na citlivých substrátech | Velmi šetrné odstranění | Kratší vlnová délka (zelená/UV), nízká fluence |
Krok č. 2: Kategorizace materiálu substrátu
| Substrát | Nejlepší vlnová délka | Popis |
| Kovy | Infračervené (IR) | Silný absorpční kontrast pro oxidy a povlaky |
| Polymery/kompozity | IR, zelená nebo UV | Snižuje zahřívání a změnu povrchu |
| Keramika/sklo | IR, zelená nebo UV | Vysoká přesnost a minimální tepelné poškození |
| Smíšené nebo vrstvené materiály | Více | Může vyžadovat víceprůchodový nebo vícevlnný přístup |
Krok č. 3: Definujte požadavky na proces
| Požadavek | Nejlepší řešení |
| Zpracování na malé ploše/malém objemu | Ruční nebo přenosná jednotka |
| Střední propustnost | Samostatná pracovní stanice |
| Průběžná výroba | Řadový automatizovaný, robotický nebo integrovaný systém s dopravníkem |
| Zpracování nerovinného povrchu | Ruční, robotická nebo specializovaná optika, v závislosti na aplikaci. |
| Použití na místě nebo v terénu | Batoh nebo mobilní systém |
Krok č. 4: Zvažte integraci a provozní faktory
| Faktor | Společné úvahy | Význam |
| Automatizace | Kompatibilita PLC/sběrnice, digitální I/O, podpora integrace, monitorování procesů | Umožňuje bezproblémový inline provoz a koordinované řízení s ostatními výrobními zařízeními. |
| Bezpečnost | Kryty, blokování, stínění paprsků, odsávání prachu/výparů | Zajišťuje bezpečnost obsluhy, splňuje požadavky předpisů a zabraňuje kontaminaci. |
| Životní prostředí | Kompaktní půdorys, správné větrání, tolerance okolních podmínek | Zaručuje stabilní výkon a snadnou instalaci v rámci stávajících omezení. |
| Náklady | Nízká spotřeba spotřebního materiálu, dlouhá životnost laseru, minimální nároky na údržbu | Snižuje celkové náklady na vlastnictví a zlepšuje návratnost investic |
| Škálovatelnost | Modulární možnosti napájení, rozšiřitelná optika, flexibilní software | Zabezpečuje systém do budoucna a přizpůsobuje se vyvíjejícím se výrobním potřebám. |
Začínáme s laserovým čištěním
Uvažujete o integraci ručního nebo automatizovaného laserového čisticího nástroje do svého provozu?
Začít je snadné - pošlete nám vzorek, navštivte jednu z našich globálních aplikačních laboratoří nebo nám prostě řekněte o své aplikaci.
