Chemisches Entlacken oder Laserabtrag: Welche Nebenprozesse entstehen?

Nasschemische Verfahren können auch schwer erreichbare Geometrien behandeln und besitzen in vielen Branchen weiterhin einen festen Platz. Laserbasierter Abtrag arbeitet dagegen trocken und lokal steuerbar. Daraus entstehen jeweils andere Anforderungen an Handling, Nachbereitung, Arbeitsschutz, Entsorgung und Anlagenintegration.

Dieser Beitrag bewertet deshalb nicht pauschal, welches Verfahren „besser“ ist. Er zeigt, welche Nebenprozesse Unternehmen in einer realistischen Vergleichsrechnung berücksichtigen sollten.

Warum Entlackung mehr als der eigentliche Abtrag ist

Die Bearbeitung einer Beschichtung wird häufig auf einen einzigen Arbeitsschritt reduziert:

Lack weg.

Für den Produktionsbetrieb ist die Aufgabe komplexer.

Vor der Bearbeitung muss das Werkstück bereitgestellt werden. Nach dem Abtrag muss ein definierter Zustand erreicht werden, damit der nächste Prozess starten kann.

Dazwischen können abhängig vom Verfahren unterschiedliche Schritte notwendig sein.

Deshalb sollte bei einem Vergleich die komplette Strecke betrachtet werden:

beschichtetes Bauteil → freigegebene Oberfläche für den nächsten Fertigungsschritt.

Die technischen Grundlagen des laserbasierten Materialabtrags sind im bereits veröffentlichten Beitrag Wie funktioniert Laserablation beim Reinigen von Metall? beschrieben und werden hier nicht erneut hergeleitet.

Welche Prozessschritte nasschemisch entstehen können

Nasschemische Oberflächenbehandlung ist kein einzelnes Verfahren.

Fraunhofer IFAM beschreibt verschiedene Anwendungen wie Reinigen, Beizen, Ätzen, Aktivieren und den Aufbau funktionaler Oberflächen.

Abhängig vom konkreten chemischen Prozess können mehrere Stufen erforderlich sein.

Ein industrieller Ablauf kann beispielsweise beinhalten:

• Aufbringen oder Eintauchen
• definierte Einwirkzeit
• Ablösen der Beschichtung
• Spülen
• Neutralisieren
• erneutes Spülen
• Trocknen
• Kontrolle

Nicht jeder Prozess besitzt jede dieser Stufen.

Der entscheidende Punkt ist: Die eigentliche chemische Wirkung kann nur ein Teil einer längeren Anlagenkette sein.

Fraunhofer FEP betreibt beispielsweise eine Anlage für nasschemische Oberflächenbehandlung mit mehreren Reinigungsbädern, dreifacher Spülung und Heißlufttrocknung. Das ist kein universelles Schema für Entlackung, zeigt aber sehr anschaulich, dass nasschemische Prozesse aus mehreren aufeinanderfolgenden Stufen bestehen können.

Für eine Wirtschaftlichkeitsrechnung müssen diese Zeiten und Anlagen berücksichtigt werden.

Was beim Laserprozess hinzukommt

Laserbasierter Abtrag ist trocken.

Fraunhofer IFAM nennt als Vorteil laserbasierter Oberflächenbehandlung, dass keine chemischen Zusätze oder abrasiven Medien für den eigentlichen Prozess erforderlich sind.

Das beseitigt jedoch nicht sämtliche Nebenprozesse.

Notwendig beziehungsweise relevant können sein:

• Positionierung des Bauteils
• sichere Einrichtung des Laserbereichs
• Prozessabsaugung
• Filtertechnik
• Kontrolle der Oberfläche
• Wechsel von Schutzkomponenten
• eventuell mehrere Überfahrten

Das entfernte Material muss auch beim Laser erfasst werden.

Eine professionelle Betrachtung sollte deshalb nicht behaupten:

Chemie besitzt Nebenprozesse, Laser nicht.

Der treffendere Vergleich lautet:

Beide besitzen Nebenprozesse – aber andere.

Komplexe Geometrien als Stärke der Nasschemie

Ein wesentlicher Vorteil nasschemischer Verfahren liegt darin, dass Flüssigkeit auch Bereiche erreichen kann, die für ein optisches Verfahren schwer zugänglich sind.

Fraunhofer IFAM hebt ausdrücklich hervor, dass nasschemische Vorbehandlung auch innere Hohlräume und komplexe beziehungsweise schwer erreichbare Strukturen behandeln kann, die für Laser- oder Plasmaverfahren nicht ohne Weiteres erreichbar sind.

Das ist ein wichtiger technischer Punkt.

Ein Laser benötigt eine optische Verbindung zur zu bearbeitenden Stelle.

Eine verdeckte Innenfläche hinter einer Geometrie kann nicht einfach durch das Material hindurch erreicht werden.

Bei komplizierten Innenräumen kann ein Tauch- oder Spülprozess deshalb deutliche Vorteile besitzen.

Für die Verfahrensauswahl sollte daher früh geprüft werden:

Ist die komplette zu behandelnde Fläche optisch zugänglich?

Wenn nein, kann diese Frage bereits wichtiger sein als die spätere Geschwindigkeit.

Lokaler Abtrag als Stärke des Lasers

Der umgekehrte Fall tritt auf, wenn gerade nicht das gesamte Bauteil behandelt werden soll.

Fraunhofer IFAM beschreibt laserbasierte Entschichtung ausdrücklich als lokal und selektiv steuerbares Verfahren.

Ein Laser kann beispielsweise für:

• Kontaktflächen
• Erdungspunkte
• Schweißzonen
• Klebebereiche
• lokale Reparaturstellen

eingesetzt werden.

Dadurch muss die restliche Beschichtung nicht zwangsläufig mitbehandelt werden.

Bei einem chemischen Tauchprozess ist eine solche lokale Begrenzung wesentlich schwieriger beziehungsweise erfordert Maskierung oder andere zusätzliche Schritte.

Das kann die Prozesskette erheblich verändern.

Wenn lediglich fünf Prozent der Bauteilfläche freigelegt werden müssen, ist eine vollflächige Behandlung möglicherweise unnötig.

Spülen und Trocknen

Bei vielen nasschemischen Prozessen spielt die Nachbehandlung mit Spül- und Trocknungsstufen eine wichtige Rolle.

Rückstände der eingesetzten Chemie sollen nicht unkontrolliert auf dem Werkstück verbleiben.

Zusätzlich muss die Oberfläche vor bestimmten Folgeprozessen trocken sein.

Fraunhofer FEP nennt in seiner automatisierten nasschemischen Reinigungsanlage beispielsweise mehrere Spülstufen und Heißlufttrocknung.

Bei einem trockenen laserbasierten Prozess entfallen solche wasserbezogenen Spül- und Trockenschritte grundsätzlich.

Das kann insbesondere für Inline-Anwendungen interessant sein.

Fraunhofer IFAM hebt bei Laser- und Plasmaverfahren genau diesen Aspekt hervor: Durch die trockene Bearbeitung können Spül- und Trocknungsphasen entfallen.

Das bedeutet jedoch nicht automatisch, dass jede laserbasierte Prozesskette kürzer ist.

Wenn die eigentliche Bearbeitung auf einer großen Fläche länger dauert, kann der Vorteil wieder aufgezehrt werden.

Deshalb muss die gesamte Taktzeit verglichen werden.

Chemikalienlogistik und Lagerung

Chemische Prozesse benötigen passende Betriebsstoffe.

Damit verbunden sind je nach Chemikalie Fragen zu:

• Beschaffung
• Lagerung
• Dosierung
• Kennzeichnung
• persönlicher Schutzausrüstung
• Wechsel von Bädern
• Überwachung der Konzentration
• Entsorgung

Welche Anforderungen gelten, hängt vollständig von den eingesetzten Stoffen ab.

Es wäre deshalb falsch, chemisches Entlacken pauschal als besonders gefährlich oder problematisch zu beschreiben.

Viele industrielle nasschemische Prozesse sind seit Jahrzehnten sicher etabliert.

Die Zusatzlogistik bleibt jedoch ein realer Bestandteil des Betriebs.

Fraunhofer IFAM weist zudem darauf hin, dass regulatorische Anforderungen und die Substitution bestimmter Stoffe in verschiedenen Branchen bei der Weiterentwicklung nasschemischer Verfahren eine Rolle spielen.

Für einen langfristigen Investitionsvergleich kann deshalb auch die Verfügbarkeit des vorgesehenen Chemiesystems relevant werden.

Absaugung statt Strahlmittel

Beim Laserprozess werden keine chemischen Entlackungsmedien eingesetzt.

Dafür entstehen beim Abtrag Partikel und gegebenenfalls gasförmige Bestandteile aus der bearbeiteten Beschichtung.

Eine geeignete Prozessabsaugung gehört deshalb zum professionellen System.

Die DGUV-Handlungshilfe FBHM-139 behandelt beim Reinigen und Entschichten mit handgeführten Klasse-4-Lasersystemen sowohl optische Gefährdungen als auch entstehende Gefahrstoffe.

Die Absaugung sollte dabei möglichst nahe am Entstehungsort wirksam werden.

Das bringt wiederum eigene Betriebskosten:

• Filter
• Wartung
• Energie
• Kontrolle der Erfassung

Beim Vergleich darf daher nicht nur das weggefallene Chemikalienhandling bewertet werden.

Die notwendige Lufttechnik gehört auf die andere Seite der Rechnung.

Abwasser, Rückstände und Entsorgung

Bei nasschemischen Prozessen können verbrauchte Medien, Spülflüssigkeiten und gelöste beziehungsweise abgelöste Beschichtungsbestandteile Teil der Entsorgungsfrage werden.

Welche Behandlung notwendig ist, hängt von der eingesetzten Chemie und dem abgetragenen Material ab.

Beim Laser entsteht kein Spülwasser aus dem eigentlichen Prozess.

Der Materialabtrag muss dennoch aufgefangen und abhängig von seiner Zusammensetzung behandelt werden.

Besonders bei alten beziehungsweise unbekannten Lacken sollte nicht einfach von einem harmlosen Rückstand ausgegangen werden.

Für beide Verfahren gilt daher:

Vor der Entsorgungsbetrachtung muss bekannt sein, welche Beschichtung entfernt wird.

Ein Vergleich „Abfall gegen kein Abfall“ ist fachlich falsch.

Sinnvoll ist:

Welche Abfallströme entstehen in welchem Umfang?

Serienprozess oder Reparaturstelle?

Die optimale Technik kann sich mit der Stückzahl vollständig verändern.

Ein fest installierter nasschemischer Prozess kann bei hohen Stückzahlen und wiederkehrenden Bauteilen sehr effizient arbeiten.

Werkstücke laufen durch definierte Stufen, und die Nebenprozesse werden auf große Mengen verteilt.

Für eine einzelne lokale Reparatur wäre derselbe Anlagenaufwand kaum sinnvoll.

Hier kann ein lokal einsetzbares Verfahren Vorteile besitzen.

Umgekehrt kann eine komplette großflächige Entlackung eines komplizierten dreidimensionalen Bauteils nasschemisch wesentlich effizienter sein als eine optische Bearbeitung jedes einzelnen Bereichs.

Deshalb sollte der Vergleich immer mindestens vier Größen enthalten:

• Stückzahl
• Geometrie
• zu behandelnder Flächenanteil
• geforderte Taktzeit

Erst daraus ergibt sich eine sinnvolle Prozessarchitektur.

Arbeitsschutz richtig vergleichen

Auch beim Arbeitsschutz sollte keine vereinfachte Gegenüberstellung erfolgen.

Chemische Verfahren bringen stoffspezifische Gefährdungen mit sich, die sich aus dem jeweiligen Produkt ergeben.

Laserverfahren bringen Gefährdungen durch optische Strahlung und den bearbeitungsbedingten Abtrag mit sich.

Bei Klasse-4-Systemen sind geeignete technische, organisatorische und persönliche Schutzmaßnahmen erforderlich.

Das bedeutet:

Ein Verfahren ist nicht automatisch „sicher“, nur weil keine Chemikalie eingesetzt wird.

Der Charakter der Gefährdung verändert sich.

Die betriebliche Entscheidung sollte daher auf der Gefährdungsbeurteilung des konkreten Prozesses basieren.

Wie eine Prozessmatrix aufgebaut wird

Für die Auswahl kann eine einfache Prozessmatrix hilfreich sein.

Auf der einen Seite stehen die Anforderungen:

Geometrie, Fläche, Stückzahl, Taktzeit, Beschichtung und gewünschter Endzustand.

Auf der anderen Seite stehen die Prozessfolgen.

Für nasschemische Entlackung werden beispielsweise bewertet:

• Einwirkzeit
• Spülen
• Trocknen
• Chemikalienverbrauch
• Anlagenfläche
• Abwasser beziehungsweise Medienaufbereitung

Für den Laser:

• Bearbeitungszeit
• Absaugung
• Arbeitsplatzsicherung
• Filter
• Prozesskontrolle
• Zugänglichkeit

Dadurch wird sichtbar, welche Technologie für den konkreten Betrieb tatsächlich weniger Nebenprozesse verursacht.

Wann eine Kombination sinnvoll sein kann

Industrieprozesse müssen nicht zwangsläufig entweder vollständig nasschemisch oder vollständig laserbasiert sein.

Fraunhofer IFAM beschäftigt sich ausdrücklich mit unterschiedlichen Oberflächenverfahren und deren Kombination.

Ein Unternehmen könnte beispielsweise einen etablierten vollflächigen Prozess für bestimmte Bauteile beibehalten und einen Laser nur dort einsetzen, wo lokale Funktionsbereiche nachträglich freigelegt werden müssen.

Umgekehrt kann ein laserbasierter Prozess eine Oberfläche lokal vorbereiten, während ein anschließender nasschemischer Prozess eine andere Funktion erfüllt.

Die optimale Fertigungskette muss daher nicht aus nur einer Technologie bestehen.

Fazit: Nebenprozesse entscheiden über die reale Wirtschaftlichkeit

Chemisches Entlacken oder Laserabtrag: Welche Nebenprozesse entstehen?

Beim nasschemischen Verfahren können Einwirkzeit, Spülen, Trocknung, Medienhandling und Entsorgung relevant sein.

Beim Laserprozess kommen Arbeitsplatzsicherung, Absaugung, Filter und die eigentliche optische Bearbeitungszeit hinzu.

Nasschemische Verfahren besitzen klare Vorteile bei komplizierten und innenliegenden Geometrien.

Laserbasierter Abtrag kann seine Stärke ausspielen, wenn eine Oberfläche lokal und scharf begrenzt bearbeitet werden soll.

Für eine B2B-Entscheidung sollten deshalb nicht zwei theoretische Abtragsgeschwindigkeiten verglichen werden.

Entscheidend ist die gesamte Prozesskette vom beschichteten Bauteil bis zur Oberfläche, die für den nächsten Arbeitsschritt freigegeben werden kann.

Quellen

• Fraunhofer IFAM – Wet chemical surface treatment for better bonds and coatings — Informationen zu nasschemischer Reinigung, Ätzen, Beizen und schwer zugänglichen Geometrien.
• Fraunhofer IFAM – Surface decoating by laser — Informationen zur selektiven und lokalen Entfernung von Beschichtungen.
• Fraunhofer FEP – CLAIRE — Beispiel einer automatisierten nasschemischen Prozesskette mit Reinigungs-, Spül- und Trocknungsstufen.
• DGUV – FBHM-139 „Strahlarbeiten – Reinigen und Entschichten mit Laserstrahlung“ — Ausgabe 06/2024.

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