Odborně-vzdělávací a zpravodajský portál z oblasti strojírenství a navazujících oborů
Články >> Princip laserového čištění a jeho možnosti
Chcete dostávat MM Průmyslové spektrum ZDARMA až do Vaší schránky? Více informací zde.

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.


Procesy interakce laserového záření s látkou

Při 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/

Další články

3D technologie
Technologie pro povrchové úpravy
Nekonvenční technologie
Technologie zpracování pryže/ plastů

Komentáře

Nebyly nalezeny žádné příspěvky

Sledujte nás na sociálních sítích: