Hemijsko uklanjanje premaza ili laserska ablacija: koji sporedni procesi nastaju?

Mokri hemijski postupci mogu da obrade i teško dostupne geometrije i u mnogim delatnostima i dalje imaju čvrsto mesto. Lasersko skidanje materijala, nasuprot tome, radi suvo i može da se vodi lokalno. Iz toga proizlaze različiti zahtevi u pogledu rukovanja, naknadne obrade, zaštite na radu, odlaganja otpada i integracije u postrojenje.

Ovaj tekst zato ne ocenjuje paušalno koji je postupak „bolji“. On pokazuje koje sporedne procese preduzeća treba da uzmu u obzir u realnom uporednom obračunu.

Zašto je uklanjanje premaza više od samog skidanja materijala

Obrada premaza se često svodi na jedan jedini radni korak:

Skinuti boju.

Za proizvodni pogon zadatak je složeniji.

Pre obrade radni komad mora da bude pripremljen. Posle skidanja materijala mora da se postigne definisano stanje, kako bi sledeći proces mogao da počne.

Između toga, u zavisnosti od postupka, mogu da budu potrebni različiti koraci.

Zato pri poređenju treba posmatrati ceo put:

deo sa premazom → odobrena površina za sledeći korak proizvodnje.

Tehničke osnove laserskog skidanja materijala opisane su u već objavljenom tekstu Kako funkcioniše laserska ablacija pri čišćenju metala? i ovde se ne izvode ponovo.

Koji procesni koraci mogu da nastanu kod mokrih hemijskih postupaka

Mokra hemijska obrada površine nije jedan jedini postupak.

Fraunhofer IFAM opisuje različite primene kao što su čišćenje, dekapiranje, jetkanje, aktiviranje i izgradnja funkcionalnih površina.

U zavisnosti od konkretnog hemijskog procesa može da bude potrebno više faza.

Industrijski tok može, na primer, da izgleda ovako:

• nanošenje ili potapanje
• definisano vreme delovanja
• odvajanje premaza
• ispiranje
• neutralizacija
• ponovno ispiranje
• sušenje
• kontrola

Nema svaki proces sve ove faze.

Presudna je sledeća činjenica: hemijsko dejstvo kao takvo može da bude tek jedan deo dužeg lanca postrojenja.

Fraunhofer FEP, na primer, koristi postrojenje za mokru hemijsku obradu površine sa više kupki za čišćenje, trostrukim ispiranjem i sušenjem toplim vazduhom. To nije univerzalna šema za uklanjanje premaza, ali vrlo slikovito pokazuje da mokri hemijski procesi mogu da se sastoje iz više uzastopnih faza.

U obračunu isplativosti moraju da se uzmu u obzir ta vremena i ta postrojenja.

Šta se dodatno javlja kod laserskog procesa

Lasersko skidanje materijala je suvo.

Fraunhofer IFAM kao prednost laserske obrade površine navodi to što za sam proces nisu potrebni hemijski dodaci ni abrazivna sredstva.

To, međutim, ne uklanja sve sporedne procese.

Potrebno odnosno relevantno može da bude sledeće:

• pozicioniranje radnog komada
• bezbedno uređenje laserske zone
• Procesno odsisavanje
• filterska tehnika
• kontrola površine
• zamena zaštitnih komponenti
• eventualno više prolaza

Uklonjeni materijal mora i kod lasera da bude zahvaćen.

Stručno posmatranje zato ne bi trebalo da tvrdi:

Hemija ima sporedne procese, laser nema.

Tačnije poređenje glasi:

Oba imaju sporedne procese – ali različite.

Složene geometrije kao prednost mokre hemije

Bitna prednost mokrih hemijskih postupaka je u tome što tečnost može da dopre i do područja koja su za optički postupak teško dostupna.

Fraunhofer IFAM izričito ističe da mokra hemijska predobrada može da obradi i unutrašnje šupljine i složene, odnosno teško dostupne strukture do kojih laserski ili plazma postupci ne dopiru tako lako.

To je važan tehnički aspekt.

Laseru je potrebna optička veza sa mestom koje se obrađuje.

Zaklonjena unutrašnja površina iza neke geometrije ne može jednostavno da se dosegne kroz materijal.

Kod komplikovanih unutrašnjih prostora postupak potapanja ili ispiranja zato može da ima jasne prednosti.

Pri izboru postupka zato rano treba proveriti:

Da li je cela površina koja se obrađuje optički dostupna?

Ako nije, to pitanje već može da bude važnije od kasnije brzine.

Lokalno skidanje materijala kao prednost lasera

Obrnut slučaj nastupa kada upravo ne treba obraditi ceo radni komad.

Fraunhofer IFAM lasersko uklanjanje premaza izričito opisuje kao postupak koji se vodi lokalno i selektivno.

Laser može, na primer, da se koristi za:

• kontaktne površine
• tačke uzemljenja
• zone zavarivanja
• površine za lepljenje
• lokalna mesta popravke

i slično.

Zbog toga preostali premaz ne mora nužno da bude obuhvaćen obradom.

Kod hemijskog postupka potapanja takvo lokalno ograničenje je znatno teže, odnosno zahteva maskiranje ili druge dodatne korake.

To može znatno da izmeni procesni lanac.

Ako je potrebno osloboditi samo pet procenata površine radnog komada, obrada cele površine je možda nepotrebna.

Ispiranje i sušenje

Kod mnogih mokrih hemijskih procesa naknadna obrada sa fazama ispiranja i sušenja igra važnu ulogu.

Ostaci upotrebljene hemije ne treba da ostanu nekontrolisano na radnom komadu.

Pored toga, površina mora da bude suva pre određenih narednih procesa.

Fraunhofer FEP u svom automatizovanom postrojenju za mokro hemijsko čišćenje navodi, na primer, više faza ispiranja i sušenje toplim vazduhom.

Kod suvog laserskog procesa takvi koraci ispiranja i sušenja vezani za vodu načelno otpadaju.

To može da bude zanimljivo naročito za inline primene.

Fraunhofer IFAM kod laserskih i plazma postupaka ističe upravo taj aspekt: zbog suve obrade mogu da otpadnu faze ispiranja i sušenja.

To, međutim, ne znači automatski da je svaki laserski procesni lanac kraći.

Ako sama obrada na velikoj površini traje duže, ta prednost može ponovo da bude poništena.

Zato mora da se poredi ukupno vreme takta.

Logistika hemikalija i skladištenje

Hemijskim procesima su potrebna odgovarajuća pogonska sredstva.

S tim su, u zavisnosti od hemikalije, povezana i sledeća pitanja:

• nabavka
• skladištenje
• doziranje
• obeležavanje
• lična zaštitna oprema
• zamena kupki
• praćenje koncentracije
• odlaganje otpada

Koji zahtevi važe, zavisi u potpunosti od upotrebljenih materija.

Zato bi bilo pogrešno hemijsko uklanjanje premaza paušalno opisivati kao naročito opasno ili problematično.

Mnogi industrijski mokri hemijski procesi decenijama su bezbedno ustaljeni.

Dodatna logistika, međutim, ostaje stvarni deo pogona.

Fraunhofer IFAM uz to ukazuje na to da regulatorni zahtevi i zamena određenih materija u različitim delatnostima igraju ulogu u daljem razvoju mokrih hemijskih postupaka.

Za dugoročno poređenje investicija zato može da postane relevantna i raspoloživost predviđenog hemijskog sistema.

Odsisavanje umesto abrazivnog sredstva

Kod laserskog procesa ne koriste se hemijska sredstva za uklanjanje premaza.

Zauzvrat, pri skidanju materijala nastaju čestice i eventualno gasoviti sastojci iz obrađenog premaza.

Zbog toga odgovarajuće procesno odsisavanje spada u profesionalni sistem.

Uputstvo za primenu DGUV FBHM-139 kod čišćenja i uklanjanja premaza ručno vođenim laserskim sistemima klase 4 obrađuje kako optičke opasnosti tako i opasne materije koje pri tome nastaju.

Odsisavanje bi pri tome trebalo da deluje što bliže mestu nastanka.

To pak sa sobom nosi sopstvene pogonske troškove:

• Filteri
• Održavanje
• Energija
• Kontrola zahvatanja

Pri poređenju se stoga ne sme vrednovati samo izostalo rukovanje hemikalijama.

Neophodna ventilaciona tehnika spada na drugu stranu računa.

Otpadne vode, ostaci i zbrinjavanje

Kod mokrih hemijskih postupaka istrošeni medijumi, tečnosti za ispiranje i rastvoreni odnosno skinuti sastojci premaza mogu postati deo pitanja zbrinjavanja.

Koja je obrada neophodna, zavisi od primenjene hemije i skinutog materijala.

Kod lasera iz samog procesa ne nastaje voda od ispiranja.

Skinuti materijal ipak mora da se sakupi i da se, u zavisnosti od svog sastava, obradi.

Naročito kod starih odnosno nepoznatih lakova ne bi trebalo jednostavno pretpostaviti da je ostatak bezopasan.

Za oba postupka stoga važi:

Pre razmatranja zbrinjavanja mora se znati koji se premaz uklanja.

Poređenje „otpad naspram nikakvog otpada“ stručno je pogrešno.

Smisleno je:

Koji tokovi otpada nastaju i u kom obimu?

Serijski proces ili mesto popravke?

Optimalna tehnika može se potpuno promeniti sa brojem komada.

Fiksno instaliran mokri hemijski proces može veoma efikasno da radi kod velikog broja komada i delova koji se ponavljaju.

Radni komadi prolaze kroz definisane faze, a prateći procesi raspoređuju se na velike količine.

Za pojedinačnu lokalnu popravku isti utrošak za postrojenje teško da bi bio smislen.

Ovde postupak koji se može primeniti lokalno može imati prednosti.

Obrnuto, potpuno uklanjanje premaza sa velike površine komplikovanog trodimenzionalnog dela može mokrim hemijskim putem biti znatno efikasnije nego optička obrada svake pojedinačne zone.

Zbog toga bi poređenje uvek trebalo da sadrži najmanje četiri veličine:

• Broj komada
• Geometrija
• udeo površine koji se obrađuje
• zahtevano taktno vreme

Tek iz toga proizlazi smislena arhitektura procesa.

Kako pravilno porediti zaštitu na radu

Ni kod zaštite na radu ne bi trebalo da se vrši pojednostavljeno upoređivanje.

Hemijski postupci sa sobom nose opasnosti specifične za materiju, koje proizlaze iz konkretnog proizvoda.

Laserski postupci sa sobom nose opasnosti od optičkog zračenja i od skidanja materijala uslovljenog obradom.

Kod sistema klase 4 neophodne su odgovarajuće tehničke, organizacione i lične zaštitne mere.

To znači:

Postupak nije automatski „bezbedan“ samo zato što se ne koristi nikakva hemikalija.

Menja se karakter opasnosti.

Odluka u preduzeću bi stoga trebalo da se zasniva na proceni rizika konkretnog procesa.

Kako se gradi matrica procesa

Za izbor može biti od pomoći jednostavna matrica procesa.

Na jednoj strani stoje zahtevi:

Geometrija, površina, broj komada, taktno vreme, premaz i željeno krajnje stanje.

Na drugoj strani stoje posledice procesa.

Za mokro hemijsko uklanjanje premaza vrednuju se na primer:

• Vreme delovanja
• ispiranje
• sušenje
• Potrošnja hemikalija
• Površina postrojenja
• Otpadne vode odnosno priprema medijuma

Za laser:

• Vreme obrade
• Odsisavanje
• Obezbeđenje radnog mesta
• Filteri
• Kontrola procesa
• Pristupačnost

Time postaje vidljivo koja tehnologija za konkretno preduzeće zaista izaziva manje pratećih procesa.

Kada kombinacija može biti smislena

Industrijski procesi ne moraju nužno da budu ili potpuno mokri hemijski ili potpuno zasnovani na laseru.

Fraunhofer IFAM se izričito bavi različitim postupcima obrade površina i njihovom kombinacijom.

Preduzeće bi na primer moglo da zadrži uhodan postupak po celoj površini za određene delove, a laser da koristi samo tamo gde lokalne funkcionalne zone naknadno moraju da se oslobode premaza.

Obrnuto, proces zasnovan na laseru može lokalno da pripremi površinu, dok naknadni mokri hemijski proces ispunjava drugu funkciju.

Optimalan proizvodni lanac stoga ne mora da se sastoji samo od jedne tehnologije.

Zaključak: prateći procesi odlučuju o stvarnoj isplativosti

Hemijsko uklanjanje premaza ili laserska ablacija: koji sporedni procesi nastaju?

Kod mokrog hemijskog postupka od značaja mogu biti vreme delovanja, ispiranje, sušenje, rukovanje medijumima i zbrinjavanje.

Kod laserskog procesa dodaju se obezbeđenje radnog mesta, odsisavanje, filteri i stvarno vreme optičke obrade.

Mokri hemijski postupci imaju jasne prednosti kod komplikovanih i unutrašnjih geometrija.

Skidanje materijala zasnovano na laseru može da pokaže svoju snagu kada površinu treba obraditi lokalno i oštro ograničeno.

Za B2B odluku zbog toga ne bi trebalo porediti dve teorijske brzine skidanja materijala.

Da li je hemijsko skidanje premaza ili lasersko skidanje materijala povoljnije rešenje, ne odlučuje stoga pojedinačni radni korak, već ceo procesni lanac od premazanog dela do površine koja može biti odobrena za sledeći radni korak.

Izvori

• Fraunhofer IFAM – Wet chemical surface treatment for better bonds and coatings — Informacije o mokrom hemijskom čišćenju, nagrizanju, dekapiranju i teško dostupnim geometrijama.
• Fraunhofer IFAM – Surface decoating by laser — Informacije o selektivnom i lokalnom uklanjanju premaza.
• Fraunhofer FEP – CLAIRE — Primer automatizovanog mokrog hemijskog procesnog lanca sa fazama čišćenja, ispiranja i sušenja.
• DGUV – FBHM-139 „Strahlarbeiten – Reinigen und Entschichten mit Laserstrahlung“ — izdanje 06/2024.

Povezani sadržaji