Peskarenje staklenim perlama ili laser: šta se dešava sa površinom?

Peskarenje staklenim perlama i obrada zasnovana na laseru deluju po različitim principima. Staklene perle mehanički udaraju u radni komad i utiču na površinu kroz proces peskarenja. Laser, nasuprot tome, energiju u definisanu zonu unosi optičkim putem.

Koji je rezultat prikladniji zavisi stoga od željenog krajnjeg stanja.

Zašto „čisto“ nije dovoljno kao merilo kvaliteta

Kod industrijske površine mogu se podrazumevati različita ciljna stanja.

Površina može biti vizuelno čista, a da ipak ne ispunjava tehničke zahteve narednog procesa.

Obrnuto, površina može biti namerno ohrapavljena, iako vizuelno deluje manje glatko.

Mogući zahtevi su:

• definisana hrapavost
• ujednačen mat izgled
• očuvana naležna površina
• dobra kvašljivost
• kontrolisana površina za lepljenje
• oslobođen električni kontakt
• pripremljena podloga za premaz

Zato bi pre poređenja trebalo razjasniti:

Šta znači „gotovo“ za ovaj deo?

Tek nakon toga može se proceniti koji je postupak prikladniji.

Kako staklene perle utiču na površinu

Kod peskarenja staklenim perlama čestice mehanički udaraju u radni komad.

Time se utiče na površinu.

Istraživanje austenitnih nerđajućih čelika sprovedeno u institutu Fraunhofer IST opisuje zanimljivu razliku u odnosu na brušene površine: kod peskarenja staklenim perlama ispitivana hrapavost nastala je pre svega usled plastične deformacije površine, a ne na isti način usled oštroivičnog skidanja materijala kao kod upoređenih procesa brušenja.

To je važno jer „hrapavost“ sama po sebi ne opisuje sve karakteristike jedne površine.

Dve površine mogu imati slične parametre hrapavosti, a ipak imati drugačiju mikrostrukturu odnosno topografiju.

Peskarenje staklenim perlama se stoga ne primenjuje isključivo da bi se nešto uklonilo.

Sam željeni izgled površine može biti deo cilja procesa.

Šta je drugačije kod skidanja materijala laserom

Kod lasera ne dolazi do mehaničkog udara abrazivnih čestica u površinu.

Energija potrebna za skidanje materijala unosi se optičkim putem.

Osnove o tome opisane su u članku Kako funkcioniše laserska ablacija pri čišćenju metala?.

Za poređenje je posebno zanimljiva mogućnost da se premazi obrađuju lokalno i selektivno.

Fraunhofer IFAM opisuje lasersko uklanjanje premaza kao postupak kod kojeg se slojevi, u zavisnosti od kombinacije materijala i parametara, mogu ukloniti ciljano odnosno sve do podloge.

Time težište često nije na stvaranju ujednačeno peskarenog izgleda površine.

Težište može pre biti u tome da se postojeći sloj ukloni samo tamo gde je to funkcionalno neophodno.

Hrapavost i struktura površine

Hrapavost je u mnogim industrijskim procesima izričito poželjna.

Naknadni premaz ili lepljenje može zahtevati određeno stanje površine.

Abrazivni odnosno mehanički procesi imaju tu prednost što se čišćenje i ohrapavljivanje mogu međusobno kombinovati.

Fraunhofer IFAM, na primer, ciljano primenjuje vakuumsko usisno peskarenje za čišćenje i aktivaciju površina pre procesa lepljenja.

I proces zasnovan na laseru može uticati na strukturu površine.

Koliko jako, zavisi od materijala i procesnih parametara.

Zato bi tvrdnja bila pogrešna:

Staklene perle ohrapavljuju, laser ne menja.

Oba mogu uticati na površinu.

Mehanizam i mogućnosti upravljanja se razlikuju.

Za tehničko poređenje trebalo bi stoga izmeriti koje stanje zaista nastaje.

Nerđajući čelik kao tipičan slučaj poređenja

Nerđajući čelik je zanimljiv materijal za ovo poređenje jer pored tehničkih svojstava često i izgled igra ulogu.

Peskarena površina može dobiti namerno ujednačen mat izgled.

To može biti izričito poželjno.

Kod popravke ili lokalnog uklanjanja promene boje cilj, nasuprot tome, može biti da se obradi samo određena zona.

Tada se mora proveriti da li se obrađena zona vizuelno razlikuje od ostatka.

I laser može ostaviti vidljiv izgled površine, ako parametri i početno stanje tako deluju.

Zato kod vidljivih delova nikada ne treba gledati samo na tehničku uklonjivost sloja.

Test materijala trebalo bi oceniti pod istim uslovima osvetljenja i posmatranja pod kojima se kasnije koristi sam deo.

Vizuelni izgled

Peskarenje staklenim perlama često se primenjuje da bi se postigao relativno ujednačen mat efekat površine.

Time je sama obrada površine deo željenog dizajna.

Kod postupaka zasnovanih na laseru, nasuprot tome, može nastati lokalno obrađena zona koja se vizuelno razlikuje od neobrađene okoline.

To može biti tehnički potpuno prihvatljivo.

Kod vidljivog dela to bi možda bilo nepoželjno.

Obrnuto, pogon možda upravo ne želi promenu izgleda po celoj površini.

Ako treba osloboditi samo tačku uzemljenja ili zonu zavarivanja, promena izgleda na velikoj površini bila bi nepotrebna.

Vizuelno ciljno stanje trebalo bi stoga utvrditi pre odluke o postupku, i to pisano odnosno pomoću referentnog uzorka.

Lokalna obrada

Ovde se principi procesa razlikuju posebno jasno.

Staklene perle se naravno takođe mogu usmeriti samo na određenu zonu.

Što ograničenje treba da bude preciznije, to više na značaju mogu dobiti maskiranje, vođenje mlaznice i kontrola procesa.

Lasersko uklanjanje premaza može se optički vrlo precizno ograničiti.

Fraunhofer IFAM kao primere navodi između ostalog lokalno oslobađanje električnih kontakata i tačaka uzemljenja.

To je drugačiji slučaj primene od matiranja celokupne površine kućišta od nerđajućeg čelika.

Time postaje jasno:

Postupci ne konkurišu jedan drugom direktno u svakom zadatku.

Često već pitanje odlučuje da li treba promeniti celu površinu ili samo jednu funkcionalnu zonu.

Ivice, natpisi i funkcionalne zone

Kod delova sa natpisima, geometrijskim ivicama ili definisanim kontaktnim zonama lokalna preciznost može biti posebno važna.

Abrazivno sredstvo se, u zavisnosti od mlaznice, rastojanja i ugla, raspoređuje preko određene zone.

Susedne zone mogu se zaštititi maskiranjem.

Laser se vođenjem putanje može ograničiti na definisanu konturu.

To može biti zanimljivo na primer kod:

• kontaktnih pločica
• zona zavarivanja
• uskih zona lepljenja
• premazanih delova sa površinama koje treba osloboditi

Za površine koje treba obraditi potpuno ujednačeno ova prednost, nasuprot tome, gubi na značaju.

Dobar postupak je uvek onaj čija tipična prednost odgovara konkretnom zadatku.

Abrazivno sredstvo i procesno okruženje

Staklene perle su procesni medijum.

Moraju se obezbeđivati, voditi i prikupljati, a u zavisnosti od koncepta postrojenja i stanja ponovo koristiti odnosno zamenjivati.

Zatvorene komore za peskarenje mogu te procese organizovati vrlo efikasno.

Kod mobilnih odnosno otvorenih primena menja se potreban utrošak rada.

Lasersko skidanje materijala ne zahteva staklene perle niti drugo klasično abrazivno sredstvo.

Umesto toga je neophodno odgovarajuće zahvatanje emisija koje nastaju pri skidanju materijala.

Fraunhofer IFAM kod laserske obrade površine ukazuje na to da se skinute materije mogu lokalno odsisati.

DGUV kod ručno vođenih primena klase 4 takođe zahteva delotvorno razmatranje opasnih materija koje pri tome nastaju.

Zbog toga u poređenje treba uključiti i procesno okruženje:

Gde se rad odvija?

Da li već postoji komora za peskarenje?

Da li se mora raditi mobilno?

Kako se ostaci prikupljaju?

Ponovljivost

Automatizovan proces peskarenja može da radi vrlo reproducibilno.

Rastojanje mlaznice, pritisak mlaza, medijum i brzina mogu se definisati.

Laserski procesi se takođe mogu automatizovati i reprodukovati pomoću sačuvanih parametara.

Pitanje ponovljivosti zato samo po sebi ne odlučuje između te dve tehnologije.

Zanimljivije je:

Koji se procesni parametri menjaju tokom vremena?

Kod peskarenja mogu, na primer, biti relevantni stanje i sastav medijuma kao i parametri postrojenja.

Kod lasera moraju se, između ostalog, kontrolisati stanje optike i utvrđeni procesni parametri.

Kod serijskih delova za oba postupka treba definisati odgovarajuću kontrolu kvaliteta.

Naknadni premaz ili lepljenje

Ako se površina naknadno premazuje ili lepi, postupak čišćenja ne sme se ocenjivati izolovano.

Ciljno stanje mora da odgovara narednom procesu.

Fraunhofer IFAM izričito koristi abrazivnu vakuumsku tehniku peskarenja sa odsisavanjem za prethodnu obradu površina za lepljenje.

Laserski procesi se takođe primenjuju za prethodnu obradu površine pre lepljenja i nanošenja premaza.

Time obe tehnologije mogu predstavljati tehnički smislena rešenja.

Koja je bolja, zavisi od potrebnog stanja površine.

Ovde je preporučljivo ne analizirati samo očišćenu površinu.

U idealnom slučaju proverava se i kasniji proces spajanja ili nanošenja premaza.

Površina može vizuelno izgledati odlično, a da ipak ne bude optimalna za narednu primenu.

Ponašanje pri koroziji ne treba uopštavati

Naročito kod nerđajućeg čelika treba oprezno postupati sa opštim tvrdnjama o otpornosti na koroziju nakon različitih obrada površine.

Istraživanje sprovedeno na Fraunhofer IST pokazalo je razlike između brušenih površina i površina peskarenih staklenim perlama kod tamo posmatranih uzoraka austenitnog čelika.

Iz toga se, međutim, ne može izvesti univerzalna tvrdnja za svaku leguru, svaki abrazivni medijum i svako vođenje procesa.

Ponašanje pri koroziji zavisi, između ostalog, od:

• materijala
• stanja površine
• nečistoća
• pasivizacije
• okruženja

.

Za delove kritične sa stanovišta bezbednosti ili korozije zato treba koristiti validiran postupak obrade za dati materijal.

Poređenje u magazinu ne zamenjuje odobrenje sa stanovišta materijala.

Kako izgleda smislen uporedni test

Kod uporednog uzorka oba postupka treba testirati na istom materijalu i po mogućstvu u istom polaznom stanju.

Mogu se oceniti:

• vidljiv rezultat
• Hrapavost
• zaostali premaz
• ivice
• lokalna promena dimenzija
• potrebno vreme
• dorada
• pogodnost za naredni proces

Kod vidljivih delova dodatno treba oceniti vizuelnu ujednačenost.

Kod funkcionalnih površina merne vrednosti mogu biti važnije.

Rezultat uvek treba meriti prema kasnijem zadatku.

Kada je peskarenje staklenim perlama smisleno

Peskarenje staklenim perlama može biti naročito privlačno kada:

• treba ujednačeno obraditi veću površinu,
• je poželjan mat izgled površine,
• je mehanički uticaj na površinu dozvoljen ili poželjan,
• je moguće koristiti postojeću komoru za peskarenje,
• definisana hrapavost odnosno topografija predstavlja deo cilja.

Za takve zadatke obrada peskarenjem po celoj površini može biti vrlo efikasna.

Kada treba proveriti laser

Lasersko skidanje materijala može biti naročito zanimljivo kada:

• se obrađuju samo lokalne zone,
• susedni premaz treba da ostane očuvan,
• dodatni abrazivni medijum nije poželjan,
• se oslobađaju definisane konture,
• je potrebna lokalna obrada koja se može automatizovati.

Razlike između pulsnog i kontinuiranog unosa energije dodatno igraju ulogu pri izboru odgovarajućeg sistema.

Zaključak: odlučuje željeni izgled površine

Peskarenje staklenim perlama ili laser: šta se dešava sa površinom?

Oba postupka mogu da postignu čisto tehničko krajnje stanje.

To, međutim, čine na različite načine.

Kod peskarenja staklenim perlama mehanički uticaj abrazivnog medijuma deo je procesa i može se ciljano iskoristiti za mat odnosno definisan izgled površine.

Lasersko skidanje materijala radi bez abrazivnog sredstva koje mehanički udara u površinu i može se voditi naročito lokalno ograničeno.

Izbor zato ne bi trebalo da se zasniva na opštem pitanju koji je postupak moderniji ili blaži.

Odlučujući su:

1. željena hrapavost
2. vizuelni izgled
3. udeo površine koji se obrađuje
4. tačnost dimenzija i očuvanost ivica
5. naredni proces
6. postojeća infrastruktura
7. stvarno vreme obrade

Kod visokokvalitetnih površina zato se isplati pažljivo pogledati rezultat: direktno poređenje na materijalu ovde je često najpouzdaniji osnov za odluku.

Izvori

• Fraunhofer IST / Fraunhofer Publica – Istraživanje o uticaju različitih obrada površine na austenitne nerđajuće čelike — poređenje, između ostalog, brušenja i peskarenja staklenim perlama.
• Fraunhofer IFAM – Surface decoating by laser — informacije o selektivnom lokalnom uklanjanju premaza.
• Fraunhofer IFAM – Abrasive pre-treatment with vacuum suction blasting — informacije o abrazivnom čišćenju i aktivaciji površina.
• DGUV – FBHM-139 — zaštita na radu kod ručno vođenih laserskih sistema klase 4.

Povezani sadržaji