Témata
Reklama

Princip laserového čištění a jeho možnosti

Laserové čištění patří mezi mladé technologie, jež nacházejí stále nové uplatnění nejen v průmyslu. Hlavním důvodem jsou nízké provozní náklady, ekologická šetrnost k životnímu prostředí a v neposlední řadě šetrnost k čištěnému materiálu oproti konvenčním metodám.

Zatímco konkurenční metody jsou založeny na mechanickém opracování (broušení, tryskání, suchý led atd.), čištění laserem funguje na principu laserové ablace, při které dochází k postupnému rozbíjení jednotlivých molekulárních vazeb, které jsou uvolňovány z daného povrchu. Laserová ablace pomocí nanosekundových pulzů je fototermální jev, kdy dochází k odstraňování materiálu díky zahřívání způsobeném absorpcí záření. Odstraňování materiálu zahrnuje jevy jako odpařování, tavení a fázovou explozi.

Reklama
Reklama
Procesy interakce laserového záření s látkouPři ablaci způsobené vysokými intenzitami záření dochází na povrchu k výbuchům a odletuje materiál nejen v plynném skupenství, ale také v kapalném. Tyto výbuchy vznikají v důsledku fázové exploze, kdy při pomalém zahřívání materiálu vzniklá tavenina relaxuje do rovnovážného stavu. Přitom dochází k odpařování na povrchu, hranách či v nečistotách. Naopak, bude-li materiál zahřátý rychle, dojde k přehřátí taveniny na teplotu nad bodem varu. Za těchto podmínek dochází k velkým fluktuacím specifického tepla a hustoty. Změny hustoty mohou vznikat ve velmi malých oblastech, což má za následek nukleaci bublinek plynu. Proces nukleace bublinek vzniká homogenně v přehřátém materiálu. V okamžiku, kdy bublina přesáhne kritický poloměr, dojde k její explozi, při které z materiálu odlétávají bublinky plynu, ale také kapičky kapaliny.
Princip laserového čištění
Laserová hlava pro aplikací čištění byla vyrobena aditivní technologií.


Kromě odpařování a fázové exploze hraje velkou roli i vznikající plazma. Jelikož v plazmatu je absorbováno záření, vzniká na ablovaném povrchu jakýsi štít, který snižuje intenzitu záření dopadající na materiál.

Využitelnost laserového čištění

Jak bylo popsáno v předchozí části, pro ablaci povrchové vrstvy je nutná hustota energie. Aby bylo dosaženo optimálního nastavení, je nutné optimalizovat vlnovou délku, délku pulzu, hustotu energie (J.cm-2) a intenzitu (W.cm-2).

Výhodou laseru je jeho selektivita. Při správném nastavení dochází k odstranění pouze nežádoucího materiálu a podklad zůstane neporušen. Nevýhodou je oproti mechanickému čištění použitelnost převážné pro tenčí vrstvy cca do 2 mm. Běžné lze laserem odstraňovat tuky a mastnoty, separátory, rez a oxidy, barvy, inkoust, oleje, zaschlé PUR pěny, laky a lepidla, gumu a pryž a mnoho dalšího.

Při laserovém čištění vzniká velmi malé množství odpadního materiálu, protože se většina nečistot odpaří. Díky vysoké účinnosti použitých laserových rezonátorů má čisticí proces velmi nízké provozní náklady. Na rozdíl od ostatních metod je k laserovému čištění potřeba pouze připojení k zásuvce s 230 V. Laserové čištění je nekontaktní, neabrazivní metoda, která je velmi šetrná k povrchu materiálu. Další výhoda tedy vyplývá v možnosti aplikace i na materiály s vyso¬kou povrchovou teplotou např. formy o 200 °C.

Vzhledem k tomu, že průběh interakce laserového záření s materiálem je závislý na materiálu, je možné nastavit parametry čištění tak, aby zůstal podklad po čištění nepoškozený.

Lasery jsou velmi efektivní a tím pádem i ekologické stroje (možnost získání ISO 14020 a ISO 14024). K procesu čištění nejsou potřeba žádné přídavné materiály (abraziva pro tryskání, plyny, pelety suchého ledu atd.), účinnost laserových rezonátorů je až 50 %, a tak se spotřeba elektrické energie pohybuje do 3 000 W za hodinu.

Aplikace

Dnes je možné laserové čištění integrovat do linek nebo využít ručních mobilních čisticích laserů. U vláknových laserů je možné pomocí až 50 m dlouhého vlákna přenést laserové záření i do velmi těžko dostupných míst. O poslední krok rozmítání laserového paprsku a fokusace se stará tzv. laserová hlava. Přímo na hlavě lze měnit vlastnosti dopadajícího záření a optimalizovat tak proces čištění. Společnost Narran vyvinula vlastní laserovou hlavu. Vyrobena byla pomocí aditivní technologie.

Díky všem těmto vlastnostem najdou čisticí lasery uplatnění v automobilovém a leteckém průmyslu, kolejové výrobě, při opravách veteránů, ale také v potravinářství (např. při čištění plechů), ve vědecké sféře (dosahování vysokého vakua) nebo při odstraňování graffiti.

Narran

Pavel Dvořáček

dvoracek@narran.cz

https://narran.cz/

Reklama
Vydání #11
Kód článku: 191150
Datum: 13. 11. 2019
Rubrika: Trendy / Lasery
Autor:
Firmy
Související články
Téma: technologie pro výrobu forem

Díly, součásti či výrobky, které spatřily světlo světa díky tomu, že byly vylisovány, odlity či vykovány ve formě, jsou doslova všude kolem nás. Forma je zařízení často velmi složité a komplexní a k její výrobě je potřeba řada špičkových technologií. Následující článek představuje některé z nich.

Výrobní laserové technologie

Výrobní laserové technologie lze dělit mnoha způsoby-, podle použitého výkonu, délky pulzu nebo interakce s materiálem. Nejjednodušší způsob rozdělení laserových technologií je do tří skupin: dělení a odebírání materiálu, spojování materiálu a úprava povrchu materiálu. Vzhledem k rozmanitosti využití laseru není toto dělení zcela jednoznačné a existuje několik dalších technologií, které se nacházejí mezi těmito kategoriemi.

Aditivní technologie (nejen) v leteckém průmyslu

3D tisk, neboli aditivní výroba, v dnešních dnech zažívá opravdový boom. Většina firem technického zaměření, které jsou na špičce v oblasti inovací, tuto technologii vlastní, nebo alespoň externě využívá. Obdoba této technologie však není v přírodě nová, ani nijak výjimečná.

Související články
Laserová i optická řešení a mnohem více

Pravidelné podzimní dny otevřených dveří uspořádala pro své současné i potenciální zákazníky koncem září společnost Lascam systems. Po tři dny mohli zájemci o laserové technologie navštěvovat showroom dceřiné společnosti Elya Solutions v Horních Počernicích, kde bylo v provozu více než sedm různých aplikací dceřiných i zastupujících společností. Jednotlivá stanoviště prezentovala široké portfolio aplikací a služeb, jež integrátorská společnost Lascam nabízí.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Laserové řešení pro plastikářský průmysl

Konvenční technologie opracování plastů již v mnoha případech nevyhovuje požadavkům koncových uživatelů. Moderní lasery posouvají kvalitu výroby plastů na zcela novou úroveň. Lastic představuje implementaci nejmodernějších laserových technologií a ergonomického ovládání do jediného produktu, jenž je navržen tak, aby jeho aplikace do stávajících výrobních linek byla zcela bezproblémová.

Současný vývoj v oblasti řezných nástrojů

Vývojové trendy v segmentu obráběcích řezných nástrojů jsou navázány na progresi ve strojírenské výrobě a reagují na aktuální potřeby průmyslu. Výzkum a vývoj již dlouhodobě soustřeďuje svou pozornost na vývoj řezných materiálů, systémů povlakování, konstrukce moderních nástrojů využívajících princip minimálního mazání a chlazení MQL, koncepty inovativních upínacích soustav. V současnosti jsou rozvíjeny technologie pro inteligentní výrobu s aplikací předností Průmyslu 4.0, včetně automatizace výrobního procesu, sběru dat o zařízeních, procesech a vyráběných dílcích. Na veletrhu EMO Hannover 2019 byly společnostmi představeny chytré technologie a řešení inteligentního řízení procesu obrábění. Digitalizace a konektivita jsou nyní důležitější než kdykoliv předtím.

Nový stroj pro laserový 3D tisk kovů

Na specializovaném veletrhu Formnext ve Frankfurtu nad Mohanem, zaměřující se výhradně na systémy aditivní výroby, představila firma Trumpf nový stroj pro laserový 3D tisk kovů - TruPrint 2000. Univerzální stroj TruPrint 2000 vyniká několika technologickými novinkami a jeho koncepce je uzpůsobena zejména pro precizní a choulostivé produkty zdravotnického průmyslu a stomatologie. Nicméně firma již nyní deklaruje, že stroj má výhody i pro použití v automotive, leteckém a strojírenském průmyslu nebo pro výrobu nástrojů a forem, protože standardně zvládne zpracovávat všechny typy materiálů od ocelí a nerezu, přes hliníkové, titanové, niklové slitiny až po chrom kobalt a slitiny mědi.

Již druhý hybridní stroj WeldPrint

Kovosvit MAS ve spolupráci s ČVUT vyvinul již druhý tzv. hybridní stroj pod obchodním názvem WeldPrint. Jde o technologii 3D tisku z kovu plně vyvinutou v České republice patřící do kategorie Hybrid Manufacturing (HM). Umožňuje vytvářet kovové dílce navařováním pomocí elektrického oblouku a jejich obrábění v jednom pracovním prostoru s výrazně menšími náklady než u jiných technologií 3D tisku z kovu. Nový stroj bude díky nižší pořizovací ceně dostupnější než jeho předchůdce.

Nové technologie osvětlení vozidel

Získat zkušenosti s novými zdroji světla bylo cílem jednoletého projektu Ideag, do něhož se na konci roku 2017 pustila mladoboleslavská společnost EDAG Engineering CZ. Výsledný prototyp zadní lampy navržené pro model Škoda Superb ukazuje možnosti využití tří moderních technologií: elektroluminiscenční fólie, OLED panelu a COB LED destiček.

Kombinace technologií slévání a 3D tisku

Aditivní technologie přinášejí do oboru slévárenství nový pohled na věc a výrazně ovlivňují nejen proces výroby odlitků, ale i myšlení pracovníků ve slévárnách. Aditivní výroba zásadním způsobem mění zavedené pracovní postupy, systémy práce s výrobní dokumentací, technickou přípravu výroby a technologii výroby odlitků. Mění také možnosti konstrukce odlitků včetně jejich tvarové náročnosti. Proto můžeme bez přehánění tvrdit, že celou slévárnu a její postup výroby odlitků lze vměstnat do jednoho stroje - 3D tiskárny na kovy.

Zajímavosti ze světa 3D tisku

3D tisk nabízí stále nové možnosti uplatnění, ať už jde o vlastnosti nebo rozměry finálního výrobku, nebo o zcela nové aplikační oblasti. Jednou ze zajímavých novinek je 3D tiskárna na desky plošných spojů, která umožňuje výrobu prototypu nebo malé série během několika hodin. Nebo z jiného soudku - v největších výrobních systémech lze vytisknout plastové díly s rozměry kolem 900 mm. Pokud máte za to, že se vám investice do takového zařízení nevyplatí, není třeba zoufat, neboť technologie jsou dostupné i formou služby.

Výuka a výzkum aditivních technologií

Inovativní výrobní technologie nacházejí své místo také v technickém vzdělávání. Do svých osnov je dříve či později zakomponovaly všechny technické vysoké školy. Avšak pořízení nákladných technologií se neobejde bez podpory ze strany průmyslového výzkumu. Na Fakultě strojní ČVUT v Praze nyní disponují úplně novým zařízením M2 cusing pro výrobu dílů metodou DMLS německého výrobce Concept Laser, dnes působící pod značkou GE Additive. Stroj dodala společnost Misan a technologie slouží primárně pro výzkum v leteckém průmyslu.

Využití výrobků z recyklovaných plastů

Plastové odpady a jejich využití je v současné době velmi diskutovaným tématem. Očista naší země je velice důležitá, protože spousta plastového odpadu končí na skládkách a ve vodách oceánů. Proč tento odpad nezpracovat v rámci recyklace na smysluplné výrobky?

Moderní způsoby ochrany vysokopevných ocelí

V posledních letech je v automobilovém průmyslu kladen stále větší důraz na snižování hmotnosti vozu, potažmo spotřeby a z ní plynoucích emisí, za současného zvýšení bezpečnosti posádky. Jednou z možností, jak splnit tyto požadavky, je nahrazení starých materiálů používaných pro výrobu určitých komponentů za nové, pevnější. Díl z pevnějšího materiálu může být tenčí a potažmo i lehčí oproti dílu původnímu, ale současně je schopen vydržet stejné, nebo i větší namáhání.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit