Лазерно почистване срещу повърхностно текстуриране: индустриални приложения, предимства и бъдещи тенденции

Без лазерна технология днешните постижения в прецизното производство на ламарина биха били невъзможни. Лазерното рязане вече е повсеместно, а лазерното заваряване-автоматизирано или ръчно-бързо става широко разпространено. Лазерите обаче не се ограничават до рязане и заваряване; те също могат да извършват почистване.

Въпреки че технологията за лазерно почистване все още не е широко възприета, тя вече е установила стабилна опора в приложения като премахване на боя и елиминиране на ръжда, особено в специализирани почистващи процеси в индустрии като космическата и автомобилната. Повечето оборудване за лазерно почистване използват сканиращи оптични компоненти, които могат да движат лазерния лъч със скорости от няколко метра в секунда, проектирайки го върху повърхности в желани форми (като кръгли или правоъгълни).

Лазерно почистванеобхваща поредица от различни процеси, основно разделени в две категории. Единият включва премахване на повърхностни замърсители, докато другият включва „гравиране“ или „текстуриране“ на повърхността, за да отговори на специфичните изисквания за покрития, адхезивно свързване или други приложения. Въпреки че отстраняването на замърсители (наричано „почистване“) и лазерното текстуриране могат да използват подобно или дори идентично оборудване, тези два процеса са фундаментално различни и производителите избират подходящата категория въз основа на техните специфични нужди.

Ядрото на лазерното почистване е премахването на повърхностни замърсители, като ръжда и нежелана боя. Оборудването обикновено включва система за извличане на дим за улавяне на замърсители, отстранени от лазера. В някои критични космически приложения, като почистване на титан, са необходими защитни газове, за да се предотврати образуването на оксиди.

В много общи приложения лазерите работят чрез премахване на повърхностни замърсители. Аблацията (директното превръщане на твърд материал в газ) е най-ефективна, когато прагът на аблация на замърсителя е значително по-нисък от този на основния метал, което позволява на лазера да изпари замърсителите, без да засяга металната повърхност.

Енергията, доставяна от лазера, извършва почистващи операции по различни начини, в зависимост от материала, който трябва да бъде отстранен. Например, понякога лазерът генерира ефект на топлинен шок върху повърхността, причинявайки повърхностни отломки като ръжда да се „отърсят“ поради разликите в коефициентите на топлинно разширение между замърсителя и основния метал. В други случаи топлината на лазера изгаря материала за отстраняване-обикновено боя или други органични покрития.

Маслените петна са прозрачни за лазерна светлина и следователно не могат да бъдат отстранени чрез аблация или термичен шок. В такива случаи лазерът "сварява" определени части от маслото. По-конкретно, лазерът загрява малък участък върху металната повърхност, което кара капчици масло да изскачат от повърхността във въздуха, където системата за изсмукване на дима ги улавя. „В тези приложения системата за извличане на дим е също толкова важна, колкото и самият лазер.“

Лазерите предлагат прецизност, несравнима с други инструменти. Мощността на лазера, продължителността на импулса и профилът на лъча могат да се регулират, което позволява на процеса да премахне само определените зони, без да засяга околните региони. Точно както при лазерното почистване-където основният метал остава незасегнат по време на отстраняването на замърсители-лазерното текстуриране също може да се извърши под прецизен контрол.

По време на тези процеси лазерният лъч обикновено е гаусов лъч с висока енергия, концентрирана в центъра му. Лазерът премахва металния слой, карайки основния метал да претърпи мигновени фазови промени-от твърдо в течно и обратно в твърдо състояние. Този процес обикновено използва едно-модови лазери, които могат да произведат изключително малки фокусни точки, като по този начин създават много прецизни повърхностни текстури.

Този процес може да бъде аналогичен на бластиране, при което размерът на всяка абразивна частица се контролира прецизно-въпреки че лазерното текстуриране работи по напълно различен начин: то третира повърхността с помощта на лазерна топлина, а не чрез физическо въздействие от абразивни частици.

В някои приложения за производство на метал лазерното текстуриране може точно да моделира повърхности, за да промени свойствата им-, например да направи повърхността хидрофобна. Тези приложения за прецизно текстуриране обикновено използват лазери с изключително кратка продължителност на импулса, обикновено измерена в пикосекунди или фемтосекунди. Много други приложения за текстуриране се използват за подготовка на метални повърхности за покрития, без да се изискват абразивни частици или химически почистващи агенти.

Автоматичното лазерно почистване става все по-разпространено в среди с ниска-смес, голям-обем. Например, почистването за заваряване на батерии е типично приложение. „Тези системи обработват милиони части, заварявайки множество компоненти в секунда, докато почистват повърхностите им.“

Отстраняването на лубриканти след щамповане представлява друго бързо разрастващо се приложение. Преди това тези операции разчитаха на-широмащабни почистващи линии за подготовка на щамповани части за нанасяне на покритие, използвайки големи обеми вода-които лесно се замърсяват от метални и други отломки, правейки обработката трудна и скъпа.

Подготовката на лепилото е друга важна област на приложение, особено лазерното текстуриране. В някои случаи може да се наложи корпусите да бъдат сглобени с помощта на специфични лепила, които пасват на повърхности с определени текстури или шарки. Производството на спирачни накладки използва подобна технология: преди поставянето на спирачните накладки лазерите текстурират металната повърхност.

Бързината и качествените предимства на лазерното заваряване са всеизвестни, поради което то все повече се появява в сервизите. И така, може ли лазерното текстуриране да замени пясъкоструенето?

Автоматизираното оборудване се представя добре в сценарии с голям-обем,-микс-особено за части с прости геометрични форми. Въпреки това, тъй като частите стават все по-сложни и възлите от части стават все по-големи, трудността на автоматизацията също се увеличава. Това е свързано с естеството на лазерното текстуриране: в идеалния случай лазерният лъч трябва да е перпендикулярен на металната повърхност-или възможно най-близо до перпендикуляра.

Лазерното почистване и текстуриране не са подходящи за всички ситуации; тяхната приложимост зависи от вида на замърсителя, който трябва да се отстрани, и изискванията за обработка на повърхността. Например, лазерите не са особено ефективни при премахването на дебели оксидни слоеве от горещовалцувани стоманени плочи-особено в автоматизирани среди, изискващи висока производителност.

Въпреки това лазерното почистване и текстуриране все още демонстрират огромен потенциал, особено в индустриите, които се борят да намерят квалифицирани работници. Пясъкоструенето и химическите почистващи препарати често правят работната среда не толкова идеална.

Замяната на всички абразивни среди и химикали с лазери-чрез подходящи протоколи за безопасност (включително лични предпазни средства, лазерни мерки за безопасност и затворени заграждения с подходящо -безопасно за лазер стъкло)-може да трансформира фабричните работилници в по-чисти и по-привлекателни работни места. За индустрия, която постоянно търси нови начини за привличане на работници, създаването на по-добра работна среда несъмнено е добра идея.