Лазерне очищення проти текстурування поверхні: промислове застосування, переваги та майбутні тенденції

Без лазерної технології сучасні досягнення в прецизійному виробництві листового металу були б неможливі. Лазерне різання зараз поширене повсюдно, а лазерне зварювання-автоматизоване чи ручне-швидко набуває широкого поширення. Однак лазери не обмежуються різанням і зварюванням; вони також можуть виконувати прибирання.

Хоча технологія лазерного очищення ще не набула широкого поширення, вона вже міцно закріпилася в таких сферах застосування, як видалення фарби та іржі, особливо в спеціалізованих процесах очищення в таких галузях, як авіакосмічна та автомобільна. Більшість лазерного очисного обладнання використовує скануючі оптичні компоненти, які можуть переміщувати лазерний промінь зі швидкістю кілька метрів за секунду, проектуючи його на поверхні бажаної форми (наприклад, круглої або прямокутної).

Лазерна чисткаохоплює серію різних процесів, в основному розділених на дві категорії. Один передбачає видалення поверхневих забруднень, тоді як інший передбачає «гравірування» або «текстурування» поверхні відповідно до конкретних вимог до покриттів, адгезивного склеювання або інших застосувань. Незважаючи на те, що для видалення забруднень (так зване «очищення») і лазерного текстурування може використовуватися подібне або навіть ідентичне обладнання, ці два процеси принципово відрізняються, і виробники обирають відповідну категорію на основі своїх конкретних потреб.

Основою лазерного очищення є видалення поверхневих забруднень, таких як іржа та небажана фарба. Обладнання, як правило, включає систему відведення диму для захоплення забруднюючих речовин, видалених лазером. У деяких критичних аерокосмічних застосуваннях, таких як очищення титану, потрібні захисні гази для запобігання утворенню оксидів.

У багатьох поширених застосуваннях лазери працюють шляхом видалення поверхневих забруднень. Абляція (пряме перетворення твердого матеріалу в газ) є найбільш ефективною, коли поріг абляції забруднення значно нижчий, ніж у основного металу, що дозволяє лазеру випаровувати забруднення, не впливаючи на поверхню металу.

Енергія, що постачається лазером, виконує операції очищення різними способами, залежно від матеріалу, який потрібно видалити. Наприклад, іноді лазер створює ефект термічного удару на поверхні, змушуючи поверхневе сміття, таке як іржа, «струсуватися» через різницю в коефіцієнтах теплового розширення між забрудненням і основним металом. В інших випадках тепло лазера спалює матеріал, який потрібно видалити-, як правило, фарбу чи інші органічні покриття.

Масляні плями прозорі для лазерного світла, тому їх неможливо видалити за допомогою абляції або термічного удару. У таких випадках лазер «виварює» окремі частини масла. Зокрема, лазер нагріває невелику ділянку на металевій поверхні, змушуючи краплі олії стрибати з поверхні в повітря, де система видалення диму їх захоплює. «У цих застосуваннях система відводу диму так само важлива, як і сам лазер».

Лазери забезпечують точність, незрівнянну з іншими інструментами. Потужність лазера, тривалість імпульсу та профіль променя можна регулювати, дозволяючи процесу видаляти лише визначені ділянки, не зачіпаючи навколишні області. Так само, як і під час лазерного очищення-де основний метал залишається незмінним під час видалення забруднень-лазерне текстурування також можна виконувати під точним контролем.

Під час цих процесів лазерний промінь зазвичай є гауссовим променем із високою енергією, зосередженою в його центрі. Лазер видаляє металевий шар, змушуючи метал піддаватися миттєвій фазовій зміні-з твердого на рідкий і назад на твердий. У цьому процесі зазвичай використовуються одномодові-лазери, які можуть створювати надзвичайно малі фокусні плями, створюючи таким чином високоточні текстури поверхні.

Цей процес можна порівняти зі струминним очищенням, під час якого розмір кожної абразивної частинки точно контролюється-, хоча лазерне текстурування діє зовсім по-іншому: воно обробляє поверхню за допомогою лазерного тепла, а не фізичного впливу абразивних частинок.

У деяких сферах виробництва металу лазерне текстурування може точно створювати візерунки на поверхнях, щоб змінити їхні властивості-, наприклад, зробити поверхню гідрофобною. Ці додатки точного текстурування зазвичай використовують лазери з надзвичайно короткою тривалістю імпульсу, яка зазвичай вимірюється в пікосекундах або фемтосекундах. Багато інших застосувань текстурування використовуються для підготовки металевих поверхонь до покриттів, не вимагаючи абразивних часток або хімічних засобів для чищення.

Автоматизоване лазерне очищення стає все більш поширеним у середовищах із низьким-змішуванням і великим-об’ємом. Наприклад, типовим застосуванням є очищення для зварювання акумуляторів. «Ці системи обробляють мільйони деталей, зварюючи кілька компонентів за секунду, очищаючи їх поверхні».

Видалення мастильних матеріалів після штампування є ще одним швидко зростаючим застосуванням. Раніше ці операції покладалися на великомасштабні-лінії очищення для підготовки штампованих деталей до покриття, використовуючи великі об’єми води-, які легко забруднювалися металом та іншим сміттям, що ускладнювало та коштувало обробки.

Ще однією важливою сферою застосування є підготовка клею, зокрема лазерне текстурування. У деяких випадках може знадобитися складання корпусів за допомогою спеціальних клеїв, які відповідають поверхням із певною текстурою чи візерунками. У виробництві гальмівних колодок використовується аналогічна технологія: перед тим, як розмістити гальмівні колодки, металеву поверхню текстурують лазером.

Швидкісні та якісні переваги лазерного зварювання добре відомі, тому воно все частіше з’являється в майстернях. Отже, чи може лазерне текстурування замінити піскоструминну обробку?

Автоматизоване обладнання добре працює у сценаріях великого-обсягу,-з низьким вмістом-особливо для деталей простих геометричних форм. Однак у міру того, як деталі стають дедалі складнішими, а вузли деталей стають більшими, складність автоматизації також зростає. Це пов’язано з природою лазерного текстурування: в ідеалі лазерний промінь має бути перпендикулярним до металевої поверхні-або якомога ближче до перпендикуляру.

Лазерна чистка і текстурування підходять не для всіх ситуацій; їх застосування залежить від типу забруднювача, який потрібно видалити, і вимог до обробки поверхні. Наприклад, лазери не дуже ефективні для видалення товстих шарів оксиду з-гарячекатаних сталевих листів-особливо в автоматизованих середовищах, які потребують високої продуктивності.

Тим не менш, лазерне очищення та текстурування все ще демонструють величезний потенціал, особливо в галузях, які намагаються знайти кваліфікованих працівників. Піскоструминна обробка та хімічні очищувачі часто роблять робоче середовище не ідеальним.

Заміна всіх абразивних середовищ і хімікатів лазерами-через належні протоколи безпеки (зокрема засоби індивідуального захисту, заходи безпеки лазера та зблоковані корпуси з відповідним -захищеним лазером склом)-може перетворити фабричні цехи на чистіші та привабливіші робочі місця. Для галузі, яка постійно шукає нові шляхи залучення працівників, створення кращого робочого середовища, безсумнівно, є хорошою ідеєю.