Strahlend sauber

Fokus/Laser

Strahlend und sauber‹ gehört zum Image des Lasers. Und die Laserstrahlreinigung eignet sich besonders gut für die Reinigung in der Fertigung wie etwa Vorbehandeln von Funktionsflächen für weitere Prozessschritte.

07. Dezember 2010
Der Laserstrahl hinterlässt blanke metallische, bei Bedarf auch strukturierte Oberflächen.
Bild 1: Strahlend sauber (Der Laserstrahl hinterlässt blanke metallische, bei Bedarf auch strukturierte Oberflächen. )

Angesichts eines anhaltenden Trends zur flexiblen, dezentralen und in den Fertigungsprozess integrierten Reinigungstechnik steigt die Nachfrage nach lokalen, umweltfreundlichen Reinigungsverfahren. Derartige Verfahren werden innerhalb der Fraunhofer-Reinigungsallianz untersucht und an kundenspezifische Anforderungen angepasst.

Metallisch blanke Oberflächen just-in-time

Ziel ist es, am Verarbeitungspunkt der Bauteile die erforderliche Oberflächenqualität just-in-time zur Verfügung zu stellen. Das Reinigen mit Laserstrahlung zum Beispiel wird diesen Anforderungen laut Reinigungsallianz gerecht.

Das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) in Dresden besitzt ein fundiertes Know-how auf dem Gebiet der Mikro- und Feinbearbeitung verschiedenster Materialien mit Laserstrahlen.

Beim Reinigen erfolgt das Abtragen dünner Schichten im Sub-Millimeter-Bereich ohne Schädigung des Untergrunds. Der Energieeintrag erfolgt mit sehr kurzen Wechselwirkungszeiten und höchsten Intensitäten.

In der Absorptionsschicht wird die Lichtenergie in Wärme umgewandelt. Infolge der hohen Intensität verdampft das Material schlagartig. Die geringe laterale Ausdehnung und sehr flexible Strahlablenkung des Arbeits-Spots sowie die berührungslose Wirkweise prädestinieren den Laser für die ortselektive Bearbeitung.

Ein Anwendungsbeispiel ist der Einsatz des Laserstrahlreinigens zum Entfernen von Korrosionsprodukten an einem Bauteil. So ist zum Beispiel für die Haftung eines Klebstoffs auf einer Magnesiumoberfläche die Entfernung der Korrosionsprodukte zwingend notwendig.

Eine gezielte Strukturierung der Oberfläche verbessert die Festigkeit der Klebverbindung zusätzlich. Der Laserstrahl verdampft in einem Arbeitsgang die Verschmutzungen und erzeugt eine definierte Oberflächentopographie. Die Rohre rotieren um die Längsachse, der Laserstrahl bewegt sich in Achsrichtung linear und verdampft die Verschmutzung. Im Ergebnis erhält man eine scharfe Kante am Rand und eine unbeeinflusste metallisch blanke Rohroberfläche.

Sehr hohe Relativgeschwindigkeit zwischen Laserspot und Werkstück

Während dieser Bearbeitung wirken keine mechanischen Kräfte oder Medien auf das Bauteil ein. Das Laserstrahlreinigen kann auch mit Schweißlasern direkt vor dem Laserstrahlschweißprozess erfolgen. Dabei wird die für das schädigungsfreie Verdampfen notwendige kurze Wechselwirkungszeit durch sehr hohe Relativgeschwindigkeiten zwischen Laserspot und Werkstück erreicht.

Der Vorteil für den Anwender besteht in der Nutzung nur einer Strahlquelle für die zwei Bearbeitungsaufgaben Reinigen und Schweißen: In der Zeit, in der die Fügepartner zueinander positioniert werden und der Laserstrahl nicht zum Schweißen genutzt wird, erfolgt in der Reinigungsstation die Fügestellenvorbereitung. Der Laserstrahl kann dazu über ein Strahlweichensystem umgeschaltet werden. Der Prozessschritt Reinigen wird in das Taktzeitregime der Schweißstation eingeordnet. Die Laser-an-Zeit erhöht sich und es ist keine weitere Strahlquelle für die Reinigung erforderlich.

Lösungen aus einer Hand

Durch die enge Zusammenarbeit mit Anlagen- und Systemanbietern bietet das IWS seinen Kunden Lösungen aus einer Hand. Als Basis dient die Gesamtbetrachtung des Bearbeitungssystems, des Verfahrens sowie des Bauteilverhaltens. Das IWS bietet Beratungen, Machbarkeitsstudien, F+E-Arbeiten, Verfahrenserprobungen, Werkstoff- und Bauteilprüfung, Systementwicklungen und – zusammen mit Partnern – den Aufbau und Betrieb von Pilotanlagen.

Erschienen in Ausgabe: 06/2010