Koji faktori određuju vreme procesa pri uklanjanju boje?

Pri laserskom uklanjanju boje zajedno deluje više uticajnih veličina: broj i sastav slojeva boje, debljina sloja, osnovni materijal, željeno krajnje stanje, strategija obrade i broj potrebnih prelaza. Zbog toga se vreme procesa ne može ozbiljno izvesti samo iz broja vata ili iz paušalnog učinka po kvadratnom metru.

Osnove o unosu energije i mehanizmu skidanja materijala već su opisane u tekstu Kako funkcioniše laserska ablacija pri čišćenju metala?. Ovaj tekst se na to nadovezuje i razmatra isključivo pitanje zašto se potrebno vreme pri uklanjanju premaza može toliko razlikovati.

Zašto ne postoji univerzalni učinak po kvadratnom metru

Kod mašina i industrijskih postupaka učinak se rado svodi na jedan lako uporediv pokazatelj. Pri uklanjanju boje podatak poput „X kvadratnih metara na sat“ bio bi posebno privlačan. U praksi je takav broj bez tačnog opisa primene samo ograničeno upotrebljiv.

Kvadratni metar tankog, ravnomernog premaza na slobodno dostupnoj ravnoj čeličnoj ploči nije uporediv sa kvadratnim metrom višeslojne boje na razuđenoj komponenti mašine. Čak i kada su obe površine tačno iste veličine, stvarno vreme procesa može znatno da odstupa. Za to postoji više razloga:

• različite vrste boja i debljine slojeva
• temeljni premaz ispod završnog laka
• različita prionljivost
• znatno različite geometrije delova
• drugačije željeno krajnje stanje
• različit broj potrebnih prelaza
• izmenjena brzina kretanja

Veliku ulogu igra i zahtev koji se postavlja pred gotovu površinu. Treba li ukloniti samo gornji sloj koji smeta, mora li metal biti potpuno ogoljen, ili se posle toga zavaruje, lepi ili nanosi novi premaz? Što je preciznije definisano traženo krajnje stanje, to se pažljivije mora posmatrati i vođenje procesa. Fraunhoferov institut za lasersku tehniku ILT zato opisuje laserske postupke čišćenja i uklanjanja premaza kao postupke specifične za primenu, kod kojih se izvor zračenja, intenzitet, vreme interakcije i svojstva materijala međusobno usklađuju.

Kako sastav slojeva boje utiče na potrebno vreme

Industrijski lak se često ne sastoji od jednog jedinog homogenog sloja. Mogući su temeljni premaz, punilo, antikorozivna zaštita, međupremaz, završni lak i bezbojni lak. Ovi slojevi mogu imati različita hemijska, optička i termička svojstva, zbog čega se skidanje materijala tokom obrade može menjati. Podešavanje koje efikasno obrađuje završni lak ne mora biti optimalno za temeljni premaz ispod njega.

To objašnjava situaciju koja u praksi isprva deluje protivrečno: prve zone premaza nestaju brzo, dok je za poslednje vidljive ostatke potrebno znatno duže. Uređaj nije nužno odjednom sporiji — proces je jednostavno stigao do drugog sloja materijala.

Kod višeslojnih premaza zato bi trebalo da se zna kako je lak izgrađen. Ako ti podaci nedostaju, probna obrada je posebno vredna: njome se utvrđuje da li se ponašanje tokom skidanja menja i koje je vreme procesa realno.

Zašto debljina sloja sama po sebi nije dovoljna

Deblji sloj po pravilu znači više materijala koji treba ukloniti. Iz toga, međutim, ne sledi linearan odnos između debljine sloja i vremena obrade — dvostruko deblji premaz ne mora da traje tačno dvostruko duže. Razlog leži u svojstvima materijala: deblji, ali dobro apsorbujući premaz može se pod određenim uslovima efikasno obraditi. Tanji, veoma otporan sloj može, nasuprot tome, zahtevati više pažljivih prolaza.

Osim toga, površina se tokom skidanja može menjati. Čim je gornji premaz uklonjen, laser nailazi na drugačiju kombinaciju materijala — time se mogu promeniti apsorpcija i potreban unos energije. Prag ablacije i gustina energije ovde su važni, ali se ponovo ne objašnjavaju iz osnova: fizičke zakonitosti opisane su u rečniku i u tekstu o ablaciji.

Za planiranje vremena dovoljan je jedan praktičan zaključak: trajanje ne određuju milimetri sami po sebi, već milimetri u sprezi sa materijalom i procesom.

Kakvu ulogu igra osnovni materijal

I pri potpunom uklanjanju laka proces se ne završava slojem laka. Rukovalac odnosno sistem mora prepoznati kada je dostignuta željena podloga. Kod čelika može biti smislen drugačiji opseg parametara nego kod aluminijuma ili nerđajućeg čelika. To postaje posebno važno kada površina posle toga ostaje vidljiva ili kada su potrebna određena tehnička svojstva.

Robusna čelična ploča koja se odmah potom ponovo premazuje postavlja drugačije zahteve pred krajnje stanje nego kvalitetno aluminijumsko kućište. Osnovni materijal utiče, između ostalog, na:

• odvođenje toplote i ponašanje pri refleksiji
• dozvoljeni unos energije
• željenu strukturu površine
• maksimalno prihvatljivu promenu

Time postaje jasno zašto su vremenski podaci iz sasvim druge primene samo ograničeno prenosivi. Rezultat sa čeličnog dela ne bi trebalo neprovereno preračunavati na aluminijum. Osnovne razlike između pulsnih sistema i sistema koji rade kontinuirano obrađuje tekst Pulsni laser ili CW: koji unos energije odgovara delu?.

Potpuno ili delimično skidanje

Još jedan značajan vremenski faktor jeste pitanje koliko premaza zaista mora da se ukloni. Ne zahteva svaka industrijska primena potpuno uklanjanje boje. Često su potrebne samo definisane zone:

• zone zavarivanja i površine za lepljenje
• kontakti mase i električne kontaktne zone
• mesta za ispitivanje
• kasnije zone premazivanja

Delimično skidanje može drastično smanjiti potrebnu površinu obrade. Upravo u tome leži razlika u odnosu na postupke kod kojih se iz praktičnih razloga obrađuju veće zone. Ako je potrebna samo uska traka duž budućeg zavarenog spoja, ukupna površina je možda samo mali deo površine dela.

Za proračun isplativosti zato ne treba automatski uzimati ukupnu veličinu radnog komada — merodavna je površina koja stvarno mora da se obradi. Moguća polja primene za takve lokalne procese sažima stranica Oblasti primene za različite delove i površine.

Zašto više prelaza može imati smisla

Najbrža vidljiva obrada nije uvek i najbolji postupak. Kod višeslojnih ili osetljivih primena može biti svrsishodno da se premaz skida u više kontrolisanih prelaza. Tako se bolje prepoznaje kada je dostignut novi sloj i nastaje ravnomernije krajnje stanje.

To na prvi pogled zvuči kao dodatno vreme. Posmatrano u celini, kontrolisan postupak ipak može biti isplativiji: agresivan prolaz koji potom izaziva obimnu doradu ne donosi nikakvu prednost. Zato ne treba meriti isključivo čisto vreme rada lasera, već ukupno procesno vreme od početnog stanja do gotovog radnog komada. U to spadaju:

• Pozicioniranje i podešavanje
• Obrada i kontrola
• Dorada
• Čišćenje radnog mesta

Tek se to ukupno vreme može smisleno uporediti sa alternativnim postupkom.

Širina skeniranja, brzina i planiranje putanje

I kretanje snopa utiče na potrebno vreme. Veća širina skeniranja može pokriti veću površinu, ali se energija istovremeno raspoređuje na drugačiju oblast. Veća brzina kretanja skraćuje vreme interakcije. Zadatak je da se širina skeniranja i brzina kombinuju tako da se unese dovoljno energije za željeno skidanje materijala.

Malo koristi ako se površina pređe izuzetno brzo, a potom je potrebno više dodatnih prolaza. Obrnuto, veoma spor postupak može nepotrebno da koncentriše mnogo energije i vremena na oblast koja je već dovoljno obrađena.

Kod ravnih radnih komada ravnomerna putanja se stvara relativno jednostavno. Kod kontura, otvora, ivica i udubljenja planiranje putanje postaje zahtevnije. Fraunhofer IWS za procese zasnovane na laseru opisuje brzu i preciznu skenersku tehniku, kao i kombinaciju vođenja snopa, kontrole procesa i automatizovanih sistema. Time i samo kretanje postaje činilac produktivnosti. Kako vođenje putanje deluje na ivicama i radijusima, podrobnije objašnjava prilog o obrascima skeniranja na konturama.

Ravni radni komadi i složene geometrije

Površina radnog komada se u kalkulacijama često posmatra samo u kvadratnim metrima. To može da zavara. Ravna ploča nudi drugačije uslove nego cev, kućište, kalup za alat, deo sa rebrima, duboki žlebovi, podrezi ili ivice i radijusi.

Kod složenih geometrija mogu biti potrebni dodatni pokreti ili ponovna pozicioniranja. Rukovalac možda mora da menja svoj radni ugao; kod automatizovane obrade robot mora da pređe dodatne puteve. I radno rastojanje se može menjati preko zakrivljene površine. Sve to utiče na stvarno procesno vreme.

Zato kalkulacija kod složenih radnih komada ne bi trebalo da se sastoji prosto od „površina puta vreme po kvadratnom metru“. Probna obrada na reprezentativnoj oblasti daje znatno pouzdanije podatke.

Kada veća snaga zaista štedi vreme

Veća snaga može ubrzati skidanje materijala — ali samo ako postupak tu dodatnu snagu može smisleno da iskoristi. Ako je dozvoljeni unos energije ograničen osnovnim materijalom, obrada se ne može ubrzavati proizvoljno. I visoka snaga malo koristi ako se premaz već pri nižem podešavanju brzo skida, a brzina kretanja postane ograničavajući činilac.

Kod robusnih zadataka na velikim površinama dodatna snaga, nasuprot tome, može doneti znatne prednosti. Zato odluka ne treba da glasi koja mašina ima najveći broj vati, već: koji sistem na ovoj strukturi laka postiže traženo krajnje stanje uz najkraće ukupno procesno vreme? To izričito uključuje i kontrolu kvaliteta i moguću doradu.

Uključivanje dorade u kalkulaciju

Česta greška pri poređenju postupaka jeste da se meri samo stvarno skidanje materijala. Ako postupak obradi površinu za 20 minuta, a zatim je potrebno 15 minuta dorade, stvarno procesno vreme iznosi 35 minuta. Drugi postupak može biti sporiji u samom koraku obrade, ali neposredno daje željeno krajnje stanje.

Za poređenje zato treba uzeti u obzir sve korake. U zavisnosti od pogona, tu spadaju:

• Prekrivanje susednih oblasti
• Priprema radnog mesta
• Obrada i međukontrola
• dorada
• Zbrinjavanje ostataka
• Zamena potrošnog materijala
• Ponovno odobravanje radnog komada

Postupci zasnovani na laseru ne zahtevaju klasično abrazivno sredstvo, ali pri skidanju materijala ipak stvaraju čestice i druge procesne emisije. Zato i odsisavanje i filterska tehnika spadaju u praktično planiranje procesa.

Od testa materijala do pouzdanog obračuna vremena

Test materijala ne treba samo da pokaže da li se lak može ukloniti. Za odluku o investiciji treba da pruži merljive podatke:

• Obrađena probna površina: Kolika je bila stvarno obrađena površina?
• Trajanje obrade: Koliko dugo je postupak trajao?
• Broj prolaza: Da li je bio potreban jedan ili više prolaza?
• Ciljno stanje: Koliko čista je površina morala da bude?
• Parametri: Koja podešavanja su korišćena?
• Dorada: Da li je nakon toga bio potreban još jedan radni korak?

Iz tih vrednosti može se izvesti prvi realan pokazatelj produktivnosti i preračunati na tipične radne komade ili na planiranu količinu komada. Pri tome treba uzeti u obzir sigurnosni dodatak za podešavanje, pozicioniranje i stvarne radne uslove. Laboratorijski uzorak pod idealnim uslovima nije isto što i osmočasovni radni dan u radionici.

Šta preduzeća treba da dokumentuju

Ako se uklanjanje laka izvodi redovno, isplati se uredna dokumentacija procesa. Za radne komade koji se ponavljaju mogu se zabeležiti:

• oznaka radnog komada, materijal i struktura laka
• relevantna debljina sloja
• uređaj, parametri i širina skeniranja
• brzina obrade i broj prolaza
• rezultat i trajanje obrade

Time individualno iskustvo postaje ponovljiv pogonski proces. Novi zaposleni tada ne moraju kod svakog radnog komada da počinju iz početka, a promene postaju brže vidljive. Ako isti zadatak odjednom traje osetno duže, može se ciljano proveriti da li su se promenili premaz, optika, parametri ili način rada. Kako se takvo stanje trajno osigurava, obrađuje prilog o ponovljivosti kod serijskih radnih komada.

Bezbednost i procesne emisije

Pri uklanjanju laka, pored laserskog zračenja, posebno se mora uzeti u obzir sastav premaza koji se uklanja. Sastojci laka pri skidanju mogu stvarati čestice, aerosole ili gasovite materije. Praktični priručnik DGUV FBHM-139 „Strahlarbeiten – Reinigen und Entschichten mit Laserstrahlung“, izdanje 06/2024, zato obrađuje kako opasnost od laserskog zračenja tako i opasne materije koje nastaju u procesu i njihovo neophodno zahvatanje.

Odgovarajuće procesno odsisavanje treba da zahvata što bliže mestu obrade. Dodatno se, u zavisnosti od sistema i radnog mesta, moraju uzeti u obzir između ostalog laserska zona, refleksije, zaštita od požara i lične zaštitne mere. Planiranje bezbednosti pri tome nije naknadni pribor, već sastavni deo stvarnog procesa, a time i ekonomske kalkulacije. Pregled daje stranica Bezbednosne napomene za klasu lasera 4.

Zaključak: procesno vreme nastaje iz celokupne strukture laka

Koji faktori određuju procesno vreme, ne može se svesti na jednu jedinu specifikaciju uređaja. Trajanje obrade nastaje iz međusobnog dejstva vrste laka, broja slojeva, debljine sloja, osnovnog materijala, željenog krajnjeg stanja, strategije obrade, širine skeniranja, brzine kretanja, broja prelaza i geometrije radnog komada.

Za korisnike je paušalni učinak po kvadratnom metru zato samo prva orijentacija. Pouzdana kalkulacija nastaje iz probne obrade pod što realnijim uslovima. Pri tome ne treba meriti samo koliko dugo je laser aktivan — presudno je ukupno procesno vreme do odobrenog radnog komada.

Što se ovi podaci preciznije prikupe, to se bolje može proceniti da li je određena tehnika ekonomski isplativa za pojedinačne naloge, redovne radioničke poslove ili serijsku primenu.

Izvori

• Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT — „Čišćenje“: procesi prilagođeni konkretnoj primeni za čišćenje, uklanjanje premaza i prethodnu pripremu površine.
• Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS — sistemska tehnika i kontrola procesa: skeneri, nadzor procesa i upravljanje za precizne procese obrade zasnovane na laseru.
• DGUV — FBHM-139 „Radovi mlaznim čišćenjem – čišćenje i uklanjanje premaza laserskim zračenjem“, izdanje 06/2024.

Povezani sadržaji