Die Pulverbeschichtung wird in vielen Industriezweigen wie der Automobilindustrie, der Haushaltsgeräteindustrie, der Möbelindustrie, dem Baugewerbe und der Landwirtschaft eingesetzt, um dauerhafte Oberflächen zu erzeugen. Doch mit dem wachsenden Produktionsvolumen steigen auch die Anforderungen der Hersteller, die Nachhaltigkeit zu verbessern, den Energieverbrauch zu senken, die Produktion zu beschleunigen und die Kosten zu senken. Herkömmliche Verfahren zur Aushärtung von Pulverbeschichtungen stehen diesem Ziel im Wege und führen zu Ineffizienzen, die die Hersteller nicht länger ignorieren können.
Die Laserhärtung ist eine bahnbrechende Innovation, die den Anwendern der Pulverbeschichtung eine schnelle, energieeffiziente und hochgradig kontrollierte Lösung bietet. Sie bietet ein nachhaltiges Aushärtungsverfahren, das den modernen Anforderungen der Fertigung entspricht, ohne Kompromisse bei Qualität und Effizienz einzugehen.
Wir wollen genau wissen, wie.
Was ist Laserhärtung?
Bei der Pulverbeschichtung wird zunächst ein trockenes, elektrostatisch aufgeladenes Pulver auf die Oberfläche von Metallteilen gesprüht. Die elektrostatische Kraft bewirkt, dass die Pulverpartikel in einer gleichmäßig dicken Schicht auf dem Teil haften.
Nach dem Auftragen wird das beschichtete Teil durch Wärme ausgehärtet. Dadurch schmelzen und verschmelzen die Pulverpartikel, die sich wieder verfestigen und eine Beschichtung mit glatter Oberfläche bilden. Dieser Aushärtungsschritt sorgt dafür, dass die Beschichtung eine widerstandsfähige Schutzschicht bildet, die in der Regel dicker, härter und haltbarer als Farbe ist.
Herkömmliche Aushärtungsmethoden für Pulverbeschichtungen beruhen auf der Erwärmung des gesamten Teils, um die Pulverpartikel zu schmelzen. Die gängigste Methode ist der Einsatz von Konvektionsöfen, die große Luftmengen erhitzen, um die Temperatur eines ganzen Teils zu erhöhen. Dadurch wird zwar sichergestellt, dass die Pulverbeschichtung die für die Aushärtung erforderliche Temperatur erreicht, aber es wird auch viel Energie verschwendet, da das gesamte Teil sowie die Produktionsumgebung um den Ofen herum erhitzt wird.
Infrarotöfen (IR) bieten eine schnellere Alternative. Bei diesen Öfen wird die Pulverbeschichtung durch Strahlungswärme direkt erwärmt, so dass sie effizienter sind als Konvektionsöfen. Allerdings strahlen sie Licht in alle Richtungen ab, was zu Ineffizienzen und Energieverlusten führt. Außerdem geben IR-Strahler breitbandiges Licht ab, das von der Pulverbeschichtung nicht gut absorbiert wird und daher nicht zur Erwärmung beiträgt.
Die Laserhärtung verfolgt einen grundlegend anderen Ansatz, indem eine hochintensive, stark gerichtete, schmalbandige Diodenlaserquelle als Wärmequelle eingesetzt wird. Das intensive Licht des Lasers kann effizient gesammelt, geformt und auf die Oberflächen der Teile projiziert werden.
Dadurch kann der Laser nur die gewünschten Teileoberflächen erwärmen und praktisch nichts anderes. Außerdem wird der schmale Bereich der vom Laser erzeugten Infrarot-Wellenlängen von den Pulverbeschichtungspartikeln gut absorbiert, so dass diese effizient aushärten und eine unnötige Erwärmung des Teils selbst weitgehend vermieden wird. Das Endergebnis ist eine etwa 10-fache Reduzierung der Aushärtungszykluszeit im Vergleich zu Konvektionsöfen.
Schließlich ist der elektrische Umwandlungswirkungsgrad von Lasern - d. h. die Menge an elektrischer Energie, die benötigt wird, um die erforderliche Menge an Laserlicht zu erzeugen - wesentlich höher als bei allen anderen Arten von Infrarotquellen. Das bedeutet, dass ein großer Prozentsatz der dem Lasersystem zugeführten elektrischen Energie tatsächlich für die Aushärtung der Beschichtung verwendet und nicht verschwendet wird. Diese Effizienz ist zusammen mit der hohen Geschwindigkeit des Prozesses ein entscheidender Faktor, der zur hohen Nachhaltigkeit der Laserhärtung beiträgt.
IPG Photonics setzt die Vorteile der Laserhärtung in der Produktion um
Mit den modularen Laseraushärtungssystemen von IPG können Hersteller die Vorteile der Laseraushärtung von Pulverbeschichtungen in einer hochvolumigen Produktionsumgebung voll ausschöpfen. Im Vergleich zu Konvektions- und IR-Lampenöfen bieten diese Systeme spürbare Einsparungen bei Kosten, Zeit und Stellfläche. Vor allem aber bieten die IPG Laser-Pulverbeschichtungshärtungssysteme eine nachhaltigere Alternative, da sie den Energieverbrauch und den Abfall reduzieren und gleichzeitig die Prozesskontrolle verbessern.
Der Grundbaustein der modularen Laserhärtungssysteme von IPG ist eine 2,4 m (8') lange Zelle, die gerade breit genug ist, um pulverbeschichtete Teile aufnehmen zu können. In der Regel werden die Teile kontinuierlich durch das System bewegt, das sie in etwa 2 Minuten aushärtet, einschließlich Anfahren und Abkühlen.
Der Durchsatz dieser Basiskonfiguration kann durch eine Verlängerung des Systems erhöht werden. Zusätzliche 1,2 m (4') lange Module können den modularen Laserhärtungssystemen bei Bedarf hinzugefügt werden, um die Systemlänge unbegrenzt zu erweitern.
Das modulare Laserhärtesystem von IPG kann auf verschiedene Weise konfiguriert werden, um spezifische Anforderungen zu erfüllen oder es in bestehende Produktionsanlagen zu integrieren. Zum Beispiel kann es so gebaut werden, dass es eine kontinuierliche Förderung oder eine Stop-and-Go-Förderung unterstützt. Es kann Robotertechnik enthalten, um wechselnde Teilemischungen zu handhaben oder Teile mit gekrümmten Oberflächen zu härten.
Aber ganz gleich, welche Form ein Laserhärtungssystem annimmt, es benötigt in der Regel etwa 10-mal weniger Platz als ein Konvektionsofen mit dem gleichen Durchsatz. Außerdem lässt sich das System skalieren, d. h. es kann im Laufe der Zeit erweitert werden, wenn das Produktionsvolumen steigt. Im Gegensatz dazu müssen Hersteller in der Regel einen Konvektionsofen kaufen, der groß genug ist, um ihren vorhersehbaren langfristigen Bedarf zu decken, da eine spätere Aufrüstung keine kosteneffektive Option ist.
Ein weiterer wichtiger Vorteil des modularen Laserhärtungssystems ist die präzise Prozesssteuerung. Dies wird durch zwei Schlüsselfaktoren ermöglicht.
Erstens ist es ein "kalter" Ofen, der praktisch keine Abwärme abstrahlt. Dies ermöglicht die Integration fortschrittlicher Messgeräte, wie z. B. Wärmebildkameras, die die Temperatur der Beschichtungsoberfläche in Echtzeit messen können. Im Gegensatz dazu können Konvektions- und IR-Öfen nur die Innentemperatur der Luft messen, was für die Prozesssteuerung nur einen geringen direkten Nutzen hat.
Zweitens kann die Laserausgangsleistung praktisch sofort geändert werden. Dies ermöglicht fliegende Anpassungen in Echtzeit auf der Grundlage gemessener Beschichtungstemperaturen. Dadurch wird sichergestellt, dass die Aushärtungstemperatur immer mit der Rezeptur für das jeweilige Pulvermaterial übereinstimmt.
Die Laserhärtung von Pulverbeschichtungen ist ein revolutionärer Bruch mit früheren Technologien. Es erhöht den Durchsatz, verbessert die Kontrolle und senkt die Betriebskosten, während es gleichzeitig ein weitaus nachhaltigeres Verfahren mit einer geringeren CO2-Bilanz ist. Das modulare Laserhärtungssystem von IPG bietet die einfachste, flexibelste und kostengünstigste Möglichkeit, die Laser-Pulverlackhärtung in einer Vielzahl von Produktionsumgebungen einzusetzen.
Erste Schritte bei der Aushärtung von Laser-Pulverbeschichtungen
Viele Anwendungen und Hersteller können von einer Laserhärtungslösung profitieren. IPG bietet sowohl Laserheizquellen für die Pulverlackhärtung als auch Laserhärtungs-F&E-Arbeitsplätze und komplette modulare Laserhärtungssysteme an.
Der Einstieg ist ganz einfach: Schicken Sie uns ein Muster, besuchen Sie eines unserer weltweiten Anwendungslabors oder erzählen Sie uns einfach von Ihrer Anwendung.
