Témata
Zdroj: IPG Photonics

Vytvrzování práškového laku laserem

Laserové vytvrzování může být přínosem pro mnoho aplikací a výrobců - výsledná povrchová úprava je odolnější a úspornější na náklady i dobu vytvrzování. Společnost IPG Photonics nabízí jak laserové ohřívací zdroje pro vytvrzování práškových barev, tak laserové vytvrzovací stanice pro výzkum a vývoj, a kompletní modulární laserové vytvrzovací systémy na klíč.

Roman Švábek

Je absolventem oboru Materiálové inženýrství Fakulty strojní ČVUT v Praze. Od roku 2005 se věnuje laserům a průmyslovým laserovým technologiím. Je jednatelem české pobočky společnosti IPG Photonics, která zajišťuje prodej a servis produktů IPG na českém, slovenském a maďarském trhu.

Reklama

Práškové lakování se používá k vytváření odolných povrchových úprav v mnoha průmyslových odvětvích, včetně automobilového průmyslu, k výrobě spotřebičů, nábytku, stavebních zařízení a zemědělských strojů. S rostoucím objemem výroby však rostou i potřeby výrobců zvýšit udržitelnost, snížit spotřebu energie, urychlit výrobu, a samozřejmě snížit náklady. Tradiční metody vytvrzování práškových barev představují překážky pro dosažení tohoto cíle a vytvářejí neefektivitu, kterou si výrobci již nemohou dovolit ignorovat.

Porovnání hustoty výkonu při laserovém řezání (vlevo) a při laserovém vytvrzování (vpravo). (Zdroj: IPG Photonics)

Proces práškového lakování začíná nastříkáním suchého, elektrostaticky nabitého prášku na povrch kovových dílů. Elektrostatická síla způsobí, že částice prášku přilnou k dílu ve vrstvě rovnoměrné tloušťky. Po nanesení se potažený díl vytvrzuje teplem. Tím se roztaví a spojí částice prášku, které se znovu zpevní a vytvoří povlak s hladkým povrchem. Tento krok vytvrzení zajistí, že se povlak stane pevnou ochrannou vrstvou, která je obvykle tvrdší a odolnější než barva.

Zkrácení doby vytvrzování až o 90 %

Laserová energie proniká povrchem práškového nátěru a zkracuje dobu vytvrzování až 10krát. Laser umožňuje přechod prášku do kapalné fáze během cca 15 sekund a dokončí kompletní proces vytvrzování za pouhou 1 minutu. Doba cyklu je navíc dále zkrácena díky rychlému ochlazení. Tento vysokorychlostní proces umožňuje řešení vytvrzování v linii, což významně zrychluje dávkování a zkracuje dlouhé doby cyklu pece.

Oproti infračervené lampě či elektrické konvekční peci laser vyniká rychlostí, výkonností, nižšími náklady i menším dopadem na životní prostředí. (Zdroj: IPG Photonics)

Energeticky účinnější náhrada konvenčních pecí

Diodové lasery IPG překračují účinnost 50 %, čímž výrazně snižují spotřebu energie ve srovnání s tradičními řešeními pro vytvrzování práškových nátěrů. Laserová energie je vysoce koncentrovaná, ohřívá pouze danou část a vyzařuje jen málo odpadního tepla do okolí nebo stěn pece. Lasery nikdy nepracují v nečinnosti, takže nespotřebovávají energii, když se neprovádí zpracování dílů.

Reklama
Reklama
Reklama

Tradiční procesy vytvrzování práškových nátěrů jsou časově a energeticky neefektivní a vyžadují vyhrazený výrobní prostor. Objemné a pomalé konvekční pece představují pro výrobce s vysokou produkcí nákladnou překážku, protože obvykle vyžadují 30minutové cykly: 10 minut na dosažení teploty, 10 minut na vytvrzení a 10 minut na ochlazení dílů a přípravků.

Laserové vytvrzování práškového laku může být prováděno pomocí robotu. (Zdroj: IPG Photonics)

Výrobci proto stále častěji nahrazují konvekční pece laserovým vytvrzováním. Lasery s infračervenou vlnovou délkou vytvrzují vysokou rychlostí bez ohledu na barvu práškového nátěru a jsou vhodné pro širokou škálu tvarů dílů. Technologie diodových laserů nabízí výrazně vyšší energetickou účinnost, což i malým výrobcům umožňuje ušetřit podstatnou část ročních nákladů na energii.

Laserové vytvrzování vs. vytvrzování infračervenou lampou

Infračervené lampy jsou široce používány pro vytvrzování práškových nátěrů, protože mají podobné vlastnosti jako lasery s infračervenou vlnovou délkou. Infračervené lampy jsou sice účinnější než konvekční pece, ale jejich provoz je podstatně nákladnější, než je tomu u diodových laserů.

Reklama

Infračervené žárovky dosahují vysokých teplot a vyzařují teplo nepřesně, což vede ke značnému plýtvání teplem, které je absorbováno stěnami pece namísto práškovým nátěrem. Toto plýtvání teplem také znemožňuje použití in situ monitoringu procesu, který je nezbytný pro zajištění konzistentních výsledků vytvrzování.

Modulární systém pro laserové vytvrzování nalezne uplatnění v mnoha různých oborech a aplikacích. (Zdroj: IPG Photonics)

Žárovky infračervených lamp trpí poklesem výkonu, který začíná už v okamžiku jejich zapnutí a vede k nákladné výměně zhruba každé 1–2 roky. Oproti tomu diodové laserové zdroje si udržují konzistentní výkon a nevyžadují žádnou plánovanou údržbu po dobu minimálně sedmi let.

Související články
Lasery s krátkými pulzy pro povrchové úpravy

Pulzní nanosekundové vláknové lasery mají v průmyslových aplikacích více jak dvacetiletou tradici a dnes jsou již standardními nástroji, které se používají při zpracování materiálů. I když se původně tyto lasery potýkaly s velmi nízkými průměrnými výstupními výkony (pouze cca 10 W), nyní jsou díky velmi kvalitnímu svazku vhodné pro laserové značení a přesné obrábění. Jejich jednoduchá integrace umožňuje efektivní opracování povrchu vysokou rychlostí i při větších rozměrech součástí. To je konkrétně při laserovém čištění a dalších povrchových úpravách velkou výhodou.

Plzeňské setkání strojařů

Katedra technologie obrábění Fakulty strojní Západočeské univerzity v Plzni letos uspořádala již devátý ročník mezinárodní konference Strojírenská technologie Plzeň. V porovnání s minulým ročníkem zaznamenala podstatně větší návštěvnost – čítala téměř dvě stě účastníků a uskutečnilo se bezmála šedesát prezentací. Náš časopis na konferenci figuroval jako mediální partner akce.

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.

Související články
Fotonika - klíč k technologickému rozvoji

Vynález laseru, optických vláken a polovodičových optických součástek výrazně zvýšil význam využití optiky pro moderní technologie. Byl to také impulz pro rozvoj mladého vědního oboru – fotoniky –, který se zabývá vlastnostmi a metodami využití fotonů. Místem, kde si odborníci z těchto tří na sobě závislých oborů – optika, elektronika a fotonika – sdělují svá know-how a sdílejí své úspěchy, se každoročně stává nejvýznamnější světový veletrh optických a laserových technologií Laser World of Photonics. I letos jej koncem června na mnichovském výstavišti doprovázel světový kongres World of Photonics congress.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Flexibilita ručního laserového svařování

Kromě běžných svařovacích metod TIG a MIG je v současné době možné využít také čím dál dokonalejší technologii svařování laserem. Vyznačuje se značnou přesností a flexibilitou; lze ji využít i pro hliník, měď či další barevné kovy. Specifickou oblastí jsou pak systémy ručního laserového svařování, které se krom stabilně vysoké kvality svaru vyznačují i snadným ovládáním a instalací.

Automatizované laserové svařování hliníku

Několik zemí už oznámilo plány na postupné ukončení výroby automobilů se spalovacími motory ve prospěch elektromobilů. Stejně jako u každé nové technologie jsou však i zde několikerá úskalí. Jedním z nich jsou vysoké náklady na výrobu baterií. Akumulátor je jednou z nejdražších součástí pohonného ústrojí elektromobilu. Ke snížení celkových nákladů je zapotřebí co nejúčinnější výrobní technologie.

Efektivní laserové svařování konektorů

Neustálý nárůst elektrifikace v automobilovém průmyslu výrazně zvyšuje spotřebu kvalitních konektorů mnoha různých typů. To klade vysoké nároky na spolehlivou a pružnou výrobu s minimální dobou seřizování a nastavování výrobních strojů. Požadavkům na snadnou integraci, kompaktnost a vysokou produktivitu odpovídá technologie vláknových laserů.

Laserové svařování pro Průmysl 4.0

Vláknové lasery jsou významným nástrojem pro svařovací aplikace, které slouží mnoha zavedeným odvětvím i novým rychle rostoucím oborům. Pro progresivní výrobce, kteří již výhod laserového svařování využívají, zůstává otázkou, jak dále zlepšit efektivitu procesu a být krok napřed oproti konkurenci. Optimalizace jakéhokoli průmyslového procesu pro inteligentní výrobu vyžaduje vysoce kvalitní on-line sběr dat. Stále roste potřeba technologií, které pomohou lépe monitorovat proces laserového svařování.

Kompaktní laserová pracovní stanice

Laserové zpracování kovů, které bylo kdysi vyhrazeno pro drahé letecké a medicínské technologie, se postupem času stalo běžnou technologií v mnoha průmyslových odvětvích. Ve srovnání s tradičními laserovými zdroji, které vyžadují drahý spotřební materiál a pravidelnou údržbu optických součástí, jsou dnešní vláknové lasery v podstatě bezúdržbové. Kromě velmi vysoké technické úrovně a sofistikovanosti, které tyto lasery nabízejí, jsou nyní mimořádně cenově konkurenceschopné. Náklady na laserové diody se v posledních letech snížily o více než 80 , a proto se stroje používající vláknové lasery staly mimořádně cenově efektivním řešením pro mnoho aplikací zpracování materiálu.

Svařování mědi vysokovýkonnými vláknovými lasery

Přesné strojírenství, automobilový průmysl a spotřební elektronika stojí za stále výraznějším rozšiřováním mědi a jejích slitin do různých výrobků a strojních součástí. S vývojem nových technologií baterií a zvyšováním jejich kapacit rostou požadavky na kvalitu a produktivitu spojování těchto materiálů. Pro spoje v oblasti spotřební elektroniky je stále nejpoužívanější technologie pájení, v aplikacích náročnějších na mechanické namáhání nebo přenos větších proudů je nutno přistoupit k procesu svařování.

Perfektní povrchová úprava

Ten, kdo vytváří povlaky, může dosáhnout bezvadných výsledků pouze důkladnou předpřípravou povlakovaného povrchu. Také za tímto účelem investovala firma Bot Oberflächentechnik z Kulmbachu do nového zařízení – a dosáhla tak nakonec fascinujících výsledků.

Předúprava oceli nízkoteplotním plazmatem pro zvýšení pevnosti lepeného spoje

V příspěvku jsou shrnuty výsledky výzkumu vlivu plazmochemické předúpravy vzorků oceli DC01 na výslednou pevnost lepeného spoje. Pro předúpravu povrchu vzorků oceli byla použita RF štěrbinová tryska generující plazma. Jako pracovní plyn byl použit argon a argon v kombinacích s dusíkem nebo kyslíkem. Vliv plazmové předúpravy na povrch oceli byl vyhodnocen pomocí měření kontaktních úhlů a výpočtu volné povrchové energie. Po slepení vzorků oceli pomocí běžně užívaného lepidla Weicon Flex 310M HT200 byly testovány výsledné vlastnosti lepeného spoje pomocí standardních mechanických odtrhových testů podle ČSN EN 1465.

Zvýšení výkonu u tribo stříkání

Stříkání práškových barev systémem tribo je založeno na fyzikálních principech, které do značné míry určují výsledné parametry stříkacího zařízení. Výrobce stříkacích pistolí je postaven před úkol navrhnout optimální konstrukci, která bude poskytovat nejlepší možný výstup, jakým je dostatečně nabitý prášek, který vystupuje v požadovaném množství a s použitelnou rychlostí z ústí nabíjecí trubice. Jak název napovídá, nabíjení prášku tribo je založeno na principu tření.

Šetrné a účinné čištění těžko dostupných míst

Klasické postupy čištění ve vodě se dostávají na hranice svých možností, když jde například o kapilární struktury nebo komplexní geometrie. Za takové situace se nově na scénu dostávají tzv. CNP technologie (Cyclic Nucleation Process). Tato technologie pracuje na principu cyklické nukleace (tvorby krystalových zárodků z přesycených roztoků).

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