Reinigendes Licht

Präzise und lokal begrenzt

Ohne Chemie und Strahlmittel lassen sich metallische Bauteile mit Laserstrahlung präzise und lokal begrenzt reinigen. Neben der lokalen Fügevorbehandlung stellt auch das Entfernen von Prozeßrückständen ein wirtschaftliches Einsatzgebiet des Laserverfahrens dar. Deutliche Kostenvorteile gegenüber konventionellen Verfahren können dabei durch den Einsatz von Festkörper-Lasern aufgedeckt werden.

23. November 2002

Mit dem präzise führbaren Laserlicht ist es möglich, Deckschichten wie Oxidationen oder Beschichtungen - Lacke, Harze, Isolationen et cetera - von Metallen zu entfernen. Da die Reinigung im Laserstrahlverfahren durch den Einsatz von Licht erfolgt, ist die Verwendung und damit auch die Entsorgung von Strahlmitteln nicht notwendig. Eine Belastung der Arbeitsumgebung, wie angrenzender Maschinen, tritt nicht auf, da die Staub- und Partikelbelastung beim Laserstrahlentschichten extrem gering ist. Die mit dem Laserstrahl abgetragenen Deckschichten lassen sich zudem lokal absaugen.

Während bei konventionellen Verfahren, wie Ultraschall oder Partikelstrahlverfahren, prozeßbedingt fast immer eine Komplettreinigung der Bauteile stattfindet, ist beim Laserstrahlverfahren eine lokal begrenzte Reinigung der relevanten Bereiche möglich. Bis auf wenige µm genau läßt sich der Reinigungsbereich präzise definieren.

Kostenvorteile durch µm-genaues Reinigen

Somit ist es möglich, empfindliche Bauteilbereiche oder Oberflächensegmente nicht mit dem Reinigungsprozeß in Kontakt treten zu lassen. Gleichzeitig läßt sich durch die partielle Reinigung und die damit verbundene Flächeneinsparung ein deutlicher Kostenvorteil schaffen. Insbesondere zur Schweißvorbehandlung metallischer Bauteilen müssen nur wenige Millimeter „Spurbreite“ gereinigt werden, um eine exzellente Schweißnahtqualität zu erzielen. Für das Laserstrahlverfahren stellt diese Anforderung kein Problem dar.

Prinzipiell lassen sich zur Bauteilreinigung verschiedene Laserstrahlsysteme verwenden. Neben Gasentladungslasern - CO2 oder Excimerlaser - werden insbesondere die nahezu wartungsfreien Festkörperlaserstrahlsysteme - Nd:YAG-Laser - eingesetzt. Festkörperlaser lassen sich bei geringem Platzbedarf einfach in die Fertigungslinie einfügen.

Geringer Platzbedarf für die Festkörperlaser-Reinigung

Somit muß das Bauteil oder das zu reinigende Band nicht mehr aufwendig aus der Linie ausgeschleust werden, um einer Reinigungsanlage zugeführt zu werden. Da die Festkörper-Laserstrahlung über ein Lichtleitkabel übertragen werden kann, ist es selbst bei beengten Platzverhältnissen noch möglich, eine Reinigungstechnik nachträglich zu implementieren.

Leise, flexibel und präzise

Die Betriebskosten der von Clean-Lasersysteme, Herzogenrath, hergestellten Festkörper-Reinigungslaser liegen mit maximal 5 DM/h deutlich unter denen vergleichbarer Ultraschallreinigungsanlagen oder Partikelstrahlanlagen. Zudem ist die Festkörperlaser-Technik nahezu verschleißfrei und der Wartungsaufwand minimal. Da die Laserstrahlung mittels eines Lichtwellenleiters übertragen wird, kann der Festkörperlaser sehr flexibel eingesetzt werden. Die Einstellung und Steuerung der Laserstrahlparameter kann sehr präzise erfolgen. Da keine Lärmemissionen auftreten, können diese Systeme als sehr anwenderfreundlich gelten. Zum Betrieb ist eine 16-Ampere-Stromversorgung ausreichend. Die innovative Laserstrahlreinigungstechnik hat sich bereits industriell etabliert. Und es zeigen sich Einsatzvorteile insbesondere in den Bereichen Entfernen von Oxidationsschichten und Ziehfetten zur Fügevorbehandlung, Reinigung von Bauteilen zur Lackier- oder Beschichtungsvorbehandlung, partielles Entlacken und Entschichten von Bauteilen - zur Kontaktierung oder zur Schweißvorbehandlung -, Entfernen von Prozeßrückständen in der Backindustrie und Reinigen von Werkzeugen und Formen in der Kunststoff- und Gummiindustrie.

Durch die von Clean-Lasersysteme angebotene modulare Gerätetechnik läßt sich die Laserstrahl-Reinigungstechnik effizient an die individuellen Einsatzanforderungen anpassen. Die Lasersysteme bestehen im wesentlichen aus einem Basisgerät und einer Bearbeitungsoptik. Dabei können je nach Anwendung unterschiedliche Basisgeräte und Bearbeitungsoptiken zum Einsatz kommen. Derzeit existieren sowohl Luft- als auch wassergekühlte Geräte im Sortiment des Herstellers. Bei den Bearbeitungsoptiken sind wahlweise automatisiert- und handführbare Optiken in unterschiedlichen Ausführungen erhältlich. Im kompakten Basisgerät des Laserstrahlsystems wird die - gepulste - Laserstrahlung erzeugt.

Ran an die problematischen Schichten!

Diese kurzen Laserpulse werden über ein flexibles Lichtleitfaser-Kabel zu einer kleinen Bearbeitungsoptik übertragen. Die Bearbeitungsoptik übernimmt gleich mehrerer Aufgaben: Zum einen fokussiert sie die Laserstrahlung auf der Bauteiloberfläche, zum anderen sorgt ein integrierter Scanner für eine schnelle und gleichmäßige Verteilung der Laserpunkte auf der Bauteiloberfläche. Durch die Bündelung des gepulsten Laserlichtes kommt es zu einer hohen Leistungseinbringung in der lichtaufnehmenden - absorbierenden - Deckschicht. Oxidationsschichten, Fette, aber auch Lackschichten weisen gegenüber der infraroten Laserstrahlung eines Festkörperlasers in der Regel ein hohes Absorptionsvermögen auf und lassen sich somit effizient abtragen.

Beschädigungsfreie und schonende Metallreinigung

Im Gegensatz zu einer einfachen Lichtquelle ist der Laserstrahl in der Lage, sehr kurzfristig und räumlich begrenzt auf die Oberfläche einzuwirken. Durch die kurze Einwirkzeit im Nanosekundenbereich wird die Lichtenergie schlagartig in der Deckschicht in thermische Energie umgewandelt, was zu einer Verdampfung führt. Dabei kommt es zu keiner thermischen Ableitung der Lichtenergie ins Grundmaterial. Metalle weisen gegenüber der Festkörperlaserstrahlung ein sehr hohes Reflektionsvermögen auf und absorbieren nur in geringem Maße.

Auch Leichtmetalle lassen sich exzellent entschichten

Aus diesem Grunde lassen sich nur absorbierende Schichten von Metallen, nicht jedoch die Metalle selbst abtragen. Somit arbeitet das Laserverfahren in einem weiten Prozeßfenster beschädigungsfrei und schonend. Durch Wahl der richtigen Laserparameter läßt sich die lichtaufnehmende Oxidations- oder Lackschicht sehr effizient abtragen, wohingegen das metallische Grundmaterial unbeschädigt freigelegt wird. Sollen Bauteile in der Produktionslinie gefügt werden, so ist eine konventionelle Reinigungstechnik häufig mit Nachteilen behaftet. Reste des Strahl- oder Reinigungsmediums führen zu einer Verschmutzung oder Benetzung der Oberflächen. Korrosion, Lackeinschlüsse oder instabile Fügeprozesse sind die negative Folge.

Beim Laserverfahren lassen sich die Fügebereiche von Metallbändern mit Vorschubgeschwindigkeiten bis 20m/min reinigen. Dabei werden lediglich wenige Millimeter des zu verschweißenden Randbereiches von Fett- und Oxidschichten befreit. Neben Stahlbauteilen lassen sich auch Leichtmetalle exzellent entschichten und somit für den nachfolgenden Fügeprozeß vorbehandeln. Dabei werden sowohl die Befettungen als auch Oxidationsschichten entfernt. Werden Aluminium-Bauteile mit dem Laser vorbehandelt, so ist es möglich, den Reinigungs- und Fügeprozeß miteinander zu kombinieren. Die Fügepartner werden dabei im eingespannten Zustand im Bereich der Schweißnaht gereinigt und können simultan mit einem parallel arbeitendem MIG-Schweißverfahren gefügt werden. Auch im Bereich der Coil-coating-Technologie - vorbeschichtete Bleche - besitzt das Laser-Verfahren ein bedeutendes Potenzial. Durch variable Prozeßparameter ist es möglich, die beschichteten Bleche partiell und punktgenau zu entschichten um etwa eine Verklebung oder Verschweißung zu realisieren. Eine gute Verschweißbarkeit der entschichteten Bleche ist durch das Laserverfahren gewährleistet. Mit Flächenraten zwischen 1 bis 2 cm²/s stellt sich die Laserentschichtung als schnelles und präzises Verfahren dar. Mit frei programmierbaren Systemen ist es möglich, nahezu jede beliebige Geometrie auf wenige µm genau zu erzeugen, um die zu bearbeitenden Flächen gering zu halten. In jedem Fall bietet sich die preisgünstige Komplettbeschichtung und anschließende partielle Entlackung mit dem Laser aus Kosten- und Qualitätsaspekten auch als Alternative zur konventionellen - partiellen - Beschichtung an.

Erschienen in Ausgabe: 08/2002