Laserpuhastus vs. pinna tekstureerimine: tööstuslikud rakendused, eelised ja tulevikutrendid

Ilma lasertehnoloogiata oleksid tänapäeva saavutused täppispleki valmistamisel võimatud. Laserlõikamine on nüüd laialt levinud ja laserkeevitus-nii automaatne kui käsitsi{2}}kasvab kiiresti laialdaselt. Kuid laserid ei piirdu ainult lõikamise ja keevitamisega; nad saavad ka puhastada.

Kuigi laserpuhastustehnoloogia ei ole veel laialdaselt kasutusele võetud, on see juba loonud kindla tugijala sellistes rakendustes nagu värvieemaldus ja rooste eemaldamine, eriti spetsiaalsetes puhastusprotsessides sellistes tööstusharudes nagu lennundus ja autotööstus. Enamik laserpuhastusseadmeid kasutab skaneerivaid optilisi komponente, mis võivad laserkiirt liigutada kiirusega mitu meetrit sekundis, projitseerides selle soovitud kujuga (nt ringi- või ristkülikukujulistele) pindadele.

Laserpuhastushõlmab mitmeid erinevaid protsesse, mis on peamiselt jagatud kahte kategooriasse. Üks hõlmab pinna saasteainete eemaldamist, samas kui teine ​​hõlmab pinna "graveerimist" või "tekstuurimist", et see vastaks pinnakatete, liimimise või muude rakenduste spetsiifilistele nõuetele. Kuigi saasteainete eemaldamine (mida nimetatakse "puhastamiseks") ja lasertekstuurimine võib kasutada sarnaseid või isegi identseid seadmeid, on need kaks protsessi põhimõtteliselt erinevad ja tootjad valivad sobiva kategooria vastavalt oma konkreetsetele vajadustele.

Laserpuhastuse tuumaks on pinna saasteainete, näiteks rooste ja soovimatu värvi eemaldamine. Seadmed sisaldavad tavaliselt auru eemaldamise süsteemi laseriga eemaldatud saasteainete püüdmiseks. Mõnedes kriitilistes kosmoserakendustes, nagu titaani puhastamine, on oksiidide moodustumise vältimiseks vaja kaitsegaase.

Paljudes levinud rakendustes töötavad laserid pinna saasteainete eemaldamise teel. Ablatsioon (tahke materjali otsene muundamine gaasiks) on kõige tõhusam, kui saasteaine ablatsioonilävi on oluliselt madalam kui mitteväärismetallil, võimaldades laseril saasteaineid aurustada ilma metalli pinda mõjutamata.

Laseri poolt edastatav energia teostab puhastustoiminguid erineval viisil, olenevalt eemaldatavast materjalist. Näiteks mõnikord tekitab laser pinnale termilise šoki efekti, põhjustades saasteaine ja mitteväärismetalli soojuspaisumise koefitsientide erinevuste tõttu pinnapuru, nagu rooste, "ära raputamist". Muudel juhtudel põletab laseri kuumus eemaldatava materjali-tavaliselt värvi või muu orgaanilise pinnakatte ära.

Õliplekid on laservalgusele läbipaistvad ja seetõttu ei saa neid eemaldada ablatsiooni või termilise šokiga. Sellistel juhtudel "keeb" laser teatud osa õlist. Täpsemalt, laser soojendab väikest pinda metallpinnal, põhjustades õlipiiskade hüppamist pinnalt õhku, kus auru eemaldamise süsteem need kinni püüab. "Nendes rakendustes on suitsu eemaldamise süsteem sama oluline kui laser ise."

Laserid pakuvad täpsust, mis on võrreldamatu teiste tööriistadega. Laseri võimsust, impulsi kestust ja kiire profiili saab reguleerida, võimaldades protsessil eemaldada ainult määratud alad, mõjutamata ümbritsevaid piirkondi. Nii nagu laserpuhastuse puhul,-kus mitteväärismetall jääb saasteainete eemaldamise ajal puutumatuks,-saab ka lasertekstuuri teha täpse kontrolli all.

Nende protsesside ajal on laserkiir tavaliselt Gaussi kiir, mille keskpunktis on kontsentreeritud suur energia. Laser eemaldab metallikihi, põhjustades selle all oleva metalli hetkeliste faasimuutuste -tahkest vedelaks ja tagasi tahkeks. Selles protsessis kasutatakse tavaliselt ühemoodi-lasereid, mis võivad tekitada äärmiselt väikeseid fookuspunkte, luues seeläbi ülitäpsed pinnatekstuurid.

Seda protsessi saab analoogida lõhkamisoperatsiooniga, mille käigus kontrollitakse täpselt iga abrasiivse osakese suurust,-kuigi lasertekstuurimine toimib täiesti erineval viisil: see töötleb pinda lasersoojuse, mitte abrasiivsete osakeste füüsilise mõjuga.

Mõnes metallitootmisrakenduses saab lasertekstuuriga pindu täpselt mustristada, et muuta nende omadusi-, muutes näiteks pinna hüdrofoobseks. Need täppistekstuurirakendused kasutavad tavaliselt väga lühikese impulsi kestusega lasereid, mida mõõdetakse tavaliselt pikosekundites või femtosekundites. Metallpindade katmiseks ettevalmistamiseks kasutatakse paljusid muid tekstureerimisrakendusi, ilma et oleks vaja kasutada abrasiivseid osakesi või keemilisi puhastusvahendeid.

Automaatne laserpuhastus on muutumas üha tavalisemaks vähese{0}}segamise ja suure helitugevusega{1}}keskkondades. Näiteks puhastus aku keevitamiseks on tüüpiline rakendus. "Need süsteemid töötlevad miljoneid osi, keevitades mitu komponenti sekundis, puhastades samal ajal nende pindu."

Määrdeainete eemaldamine pärast tembeldamist on veel üks kiiresti kasvav rakendus. Varem põhinesid need toimingud suuremahulistel-puhastusliinidel, et valmistada stantsitud osad katmiseks ette, kasutades suures koguses vett,-mis on kergesti metalli ja muu prahiga saastunud, muutes töötlemise keeruliseks ja kulukaks.

Liimi ettevalmistamine on veel üks oluline kasutusvaldkond, eriti lasertekstuurimine. Mõnel juhul tuleb korpused kokku panna spetsiaalsete liimide abil, mis sobivad teatud tekstuuri või mustriga pindadele. Piduriklotside valmistamisel kasutatakse sarnast tehnoloogiat: enne piduriklotside paigaldamist tekstureerivad laserid metallpinna.

Laserkeevituse kiiruse ja kvaliteedi eelised on hästi teada, mistõttu ilmub see üha enam töökodadesse. Niisiis, kas lasertekstureerimine võib asendada liivapritsiga?

Automatiseeritud seadmed toimivad hästi suure-mahu ja väikese-segamise korral-eriti lihtsa geomeetrilise kujuga osade puhul. Kuna aga osad muutuvad järjest keerukamaks ja osade komplektid kasvavad, suureneb ka automatiseerimise raskus. See on seotud lasertekstureerimise olemusega: ideaaljuhul peaks laserkiir olema metallpinnaga risti -või sellele võimalikult lähedal.

Laserpuhastus ja tekstureerimine ei sobi kõikides olukordades; nende rakendatavus sõltub eemaldatava saasteaine tüübist ja pinnatöötluse nõuetest. Näiteks ei ole laserid eriti tõhusad paksude oksiidikihtide eemaldamisel kuumvaltsitud terasplaatidelt-, eriti automatiseeritud keskkondades, mis nõuavad suurt läbilaskevõimet.

Sellegipoolest näitavad laserpuhastus ja tekstureerimine endiselt tohutut potentsiaali, eriti tööstusharudes, kus on raskusi oskustööliste leidmisega. Liivaprits ja keemilised puhastusvahendid muudavad töökeskkonna sageli ideaalseks.

Kõigi abrasiivsete kandjate ja kemikaalide asendamine laseritega-nõuetekohaste ohutusprotokollide (sh isikukaitsevahendid, laserohutusmeetmed ja lukustatud korpused sobiva laser-ohutu klaasiga)- abil võib muuta tehase töökojad puhtamaks ja atraktiivsemaks töökohaks. Tööstuse jaoks, mis otsib pidevalt uusi viise töötajate ligimeelitamiseks, on parema töökeskkonna loomine kahtlemata hea mõte.