Lasersko čišćenje: kako funkcioniše postupak i kada se isplati?

Pritom kontrolisani laserski snop pogađa sloj koji treba ukloniti. Unesena energija dovodi do toga da se rđa, oksidi, boje ili drugi ostaci skidaju sa površine. Mehanički kontakt sa brusnim ili abrazivnim sredstvima za to nije potreban.

Upravo je to zanimljivo u industrijskoj proizvodnji. Umesto da obrađuje ceo deo, laser može da očisti na primer samo kasniju površinu za zavarivanje ili lepljenje. Istovremeno se tehnologija može automatizovati i integrisati u postojeće proizvodne procese.

Lasersko čišćenje, međutim, nije postupak kod kojeg je dovoljno izabrati najveći raspoloživi broj vati. Materijal, premaz, debljina sloja, vrsta lasera, gustina energije, brzina obrade i željeni rezultat zajedno određuju koji sistem ima smisla za određenu primenu.

Šta je lasersko čišćenje?

Lasersko čišćenje je postupak beskontaktne obrade površina laserskim zračenjem. Laser se pritom ciljano vodi preko površine koju treba očistiti. Zavisno od primene mogu se obrađivati i uklanjati na primer rđa, oksidni slojevi, kovarina, boja, premazi ili industrijski ostaci.

Za razliku od brušenja, nijedan abrazivni alat ne dodiruje radni komad. Za razliku od peskarenja, na površinu se ne izbacuje ni klasično abrazivno sredstvo poput peska, korunda ili staklenih perli. Time postupak spada u suve postupke obrade površina: za sam proces čišćenja ne koriste se ni voda ni hemijska sredstva za čišćenje ni klasično abrazivno sredstvo.

To, međutim, ne znači da uopšte ne nastaju ostaci. Skinuti materijal može da se oslobodi kao prašina, čestice, aerosol ili druga procesna emisija. Odgovarajuća tehnika odsisavanja i filtriranja zato je važan deo profesionalne primene lasera.

Kako funkcioniše lasersko čišćenje?

Laserski snop prenosi definisanu količinu energije do površine. Kada ta energija pogodi rđu, boju ili neki drugi premaz, sloj apsorbuje deo zračenja. Ako se unese dovoljno energije, materijal može da se skine, odnosno da se odvoji od površine ispod njega.

Presudna je pritom razlika između sloja koji treba ukloniti i osnovnog materijala. Primer: na čeličnoj ploči nalazi se rđa. Korozioni sloj ima drugačija optička i termička svojstva od čelika ispod njega. Odgovarajuće podešen laserski proces može da iskoristi te razlike kako bi prvenstveno obrađivao sloj rđe.

Osnovni princip zvuči jednostavno. U praksi je, međutim, potrebno međusobno uskladiti više parametara. Tu spadaju između ostalog:

• snaga lasera, energija pulsa, trajanje pulsa i frekvencija
• širina skeniranja, obrazac skeniranja i brzina obrade
• položaj fokusa i radno rastojanje
• materijal, vrsta premaza i debljina premaza

Zato ne postoji univerzalno podešavanje za sve zadatke čišćenja. Laser koji na površinskoj rđi radi vrlo brzo može kod debelog višeslojnog premaza da zahteva sasvim druge parametre.

Šta znači laserska ablacija?

Centralni pojam je laserska ablacija. Pod ablacijom se podrazumeva ciljano skidanje materijala dejstvom energije. Kod laserske ablacije taj zadatak preuzima lasersko zračenje. Kada se dostigne takozvani prag skidanja materijala nekog sloja, počinje skidanje materijala. Visina tog praga razlikuje se od materijala do materijala — i upravo to se može iskoristiti.

Cilj je pronaći odgovarajući procesni prozor: energija treba da bude dovoljno visoka da pouzdano ukloni neželjeni premaz. Istovremeno uticaj na podlogu ispod treba da ostane onoliko mali koliko je za konkretnu primenu potrebno.

Zato je tvrdnja da laser načelno nikada ne može da utiče na osnovni materijal suviše uopštena. I laserska energija može da promeni površinu ako se izaberu neodgovarajući parametri. Profesionalno lasersko čišćenje zato ne znači maksimalnu snagu, nego odgovarajuću snagu.

Pulsni ili CW laser – u čemu je razlika?

Kod obrade se pre svega koriste dva osnovna režima rada: pulsni laser i CW laser.

Pulsni laser

Pulsni laser predaje svoju energiju u kratkim pojedinačnim impulsima. Time u vrlo kratkim vremenskim intervalima mogu da nastanu visoke vršne snage, iako je prosečna snaga lasera srazmerno umerena. Taj kontrolisani unos energije čini pulsne lasere posebno zanimljivim za primene kod kojih je važna preciznost uz što manje termičko opterećenje.

• precizno uklanjanje rđe i boje sa manjih površina
• čišćenje alata i kalupa
• obrada zavarenih šavova i osetljivije metalne površine
• restauratorski radovi i lokalna priprema površine

CW laser

CW je skraćenica za Continuous Wave, dakle za kontinuirani rad. Laser svoju snagu predaje neprekidno. Zbog toga su snažni CW sistemi pogodni pre svega za robusne primene kod kojih je potreban veliki učinak po površini. Tipične oblasti primene mogu biti veće metalne površine, deblji slojevi rđe ili obimni zadaci uklanjanja boje.

Pitanje zato nije koji laser ima više vati. Ono glasi: koji tip lasera na mojoj konkretnoj površini postiže potreban rezultat potrebnom brzinom? Pulsni laser od nekoliko stotina vati i CW laser od više kilovata mogu imati sasvim različite profile zadataka.

Koji materijali se mogu čistiti laserom?

Postupak se posebno često primenjuje na metalnim površinama.

Čelik

Čelik spada u klasične materijale. Tipične primene su uklanjanje rđe, uklanjanje boje, uklanjanje kovarine i priprema površine.

Nerđajući čelik

Kod nerđajućeg čelika mogu se obrađivati na primer oksidni slojevi, pobojenja ili ostaci iz proizvodnje.

Aluminijum

I aluminijum se može čistiti laserom. Zbog njegovih svojstava parametri ipak treba ciljano da se prilagode leguri i površini.

Bakar

Bakar se takođe može obrađivati. Zbog visoke toplotne provodljivosti i optičkih svojstava test materijala je posebno preporučljiv.

Pored metala, postoje primene i na drugim materijalima, među kojima su kamen, beton, klinker, drvo i određene istorijske površine. Kod takvih materijala to važi još izraženije: probna površina ima smisla pre nego što se obrade veće zone.

Šta se može ukloniti mašinom za lasersko čišćenje?

Moguće primene sežu znatno dalje od samog uklanjanja rđe.

• Rđa i drugi produkti korozije — najpoznatija primena
• Lak: pogodni sistemi lakova i premaza, u celini ili postepeno
• Oksidni slojevi na čeliku ili nerđajućem čeliku, pre ili posle procesa zavarivanja
• Kovarina: termički nastali oksidni slojevi, u zavisnosti od materijala i debljine
• Pobojenja: promene boje koje nastaju pri zavarivanju
• Ostaci iz proizvodnje na alatima i kalupima
• Ostaci ulja i masti iz procesa

Važna prednost je mogućnost da se oslobode samo određene zone jedne površine. Ciljano se može očistiti, na primer, buduća površina za zavarivanje, površina za lepljenje, kontaktna površina ili površina za nanošenje premaza. Ceo radni komad pritom ne mora nužno da se obrađuje.

Koje prednosti nudi lasersko čišćenje?

Prednosti zavise od konkretne primene. Ipak, nekoliko svojstava suštinski razlikuje ovaj postupak od klasičnih metoda:

• Beskontaktno — nema direktnog mehaničkog kontakta alata
• Bez klasičnog abrazivnog sredstva — bez peska, korunda ili staklenih perli
• Precizno — laser se može ciljano voditi preko definisanih zona
• Pogodno za automatizaciju — može se kombinovati sa robotima, osnim sistemima i proizvodnim linijama
• Ponovljivo — identične zone radnog komada sa definisanim podešavanjima
• Suvo — bez tečnog sredstva za čišćenje pri skidanju materijala
• Selektivno — u zavisnosti od kombinacije materijala, pojedini slojevi mogu se ciljano obrađivati

Upravo je u industrijskim proizvodnim procesima ta selektivnost zanimljiva. Ako je, na primer, potrebna samo površina za lepljenje široka 20 milimetara, ne mora nužno da se čisti ceo radni komad.

Gde su granice ovog postupka?

Lasersko čišćenje nije za svaki zadatak automatski i najisplativiji postupak. Kod veoma velikih, robusnih površina klasični postupci mlaznog čišćenja mogu postići visok učinak po površini. I veoma debeli premazi mogu zahtevati mnogo vremena. Dalje tačke koje se moraju uzeti u obzir:

• Troškovi investicije: profesionalni sistemi su investiciona dobra — da li se kupovina isplati, bitno zavisi od kasnije iskorišćenosti
• Bezbednost: snažne otvorene primene postavljaju visoke zahteve pred radno mesto, zaštitno ograđivanje, obuku zaposlenih i zaštitu od lasera
• Procesne emisije: uklonjeni premaz mora da se zahvati, odnosno odsisa
• Zavisnost od materijala: ne reaguje svaki materijal isto — za nove primene treba sprovesti test
• Učinak po površini: tehnički besprekorna obrada nije automatski i isplativa ako zahteva previše vremena

Zato pitanje nikada ne bi trebalo da glasi samo da li nešto može da se ukloni. Najmanje jednako je važno koliko brzo i sa kakvim rezultatom se to postiže.

Lasersko čišćenje u industriji

Tehnologija postaje posebno zanimljiva tamo gde je čišćenje deo proizvodnog procesa. Radni komad može se ciljano pripremiti pre zavarivanja, lepljenja, nanošenja premaza, lakiranja ili montaže. Robot, na primer, može da prati definisanu konturu i očisti tačno onu zonu na kojoj se potom izvodi lepljeni spoj.

Fraunhoferovi instituti za lasersku tehniku (ILT) i za tehniku materijala i snopa (IWS) već godinama se bave takvim laserskim postupcima čišćenja i pripreme površina. Pored uklanjanja rđe i premaza, laseri se koriste i za aktivaciju površine i za pripremu postupaka spajanja. Upravo kod velikih serija iz toga može nastati reproducibilan proizvodni korak. Više o tome na našoj stranici o industrijskoj primeni u pogonu.

Koliko je brzo lasersko čišćenje?

Paušalan podatak poput „X kvadratnih metara na sat“ bez konkretne primene ima samo ograničenu vrednost. Brzina zavisi, između ostalog, od vrste nečistoće, debljine sloja, materijala, vrste i snage lasera, širine skeniranja, broja potrebnih prolaza i željenog krajnjeg stanja.

Laka površinska rđa može se obraditi znatno brže od višeslojnog nanosa laka. Ulogu igra i cilj obrade: treba li površina samo vizuelno da deluje čisto ili je potrebna tehnički definisana površina za naknadni postupak lepljenja ili zavarivanja? Ovi zahtevi mogu dovesti do bitno različitih vremena procesa. Zato je test na originalnom materijalu najpouzdanija osnova za realnu kalkulaciju.

Kada se isplati mašina za lasersko čišćenje?

Sopstvena mašina za lasersko čišćenje postaje zanimljiva pre svega onda kada se takvi radovi javljaju redovno. Pritom preduzeća ne bi trebalo da posmatraju isključivo troškove nabavke, već ukupne današnje troškove procesa. U njih mogu spadati:

• Radno vreme i spoljni pružaoci usluga čišćenja
• Abrazivna sredstva, brusna sredstva i hemijska sredstva za čišćenje
• Zbrinjavanje otpada i transport radnih komada
• Zastoji mašina i naknadne dorade

Zatim se ti troškovi upoređuju sa investicijom i tekućim troškovima. Deo računice mogu biti i nove poslovne mogućnosti: pružalac usluga sa mobilnom mašinom može da ponudi dodatne usluge uklanjanja rđe, uklanjanja laka ili restauracije. Kod proizvodnog preduzeća je, nasuprot tome, često u prvom planu optimizacija sopstvenih procesa.

Kupiti, iznajmiti ili naručiti čišćenje?

Ne mora svaki pogon odmah da kupi sopstvenu mašinu. U osnovi postoje tri mogućnosti.

Kupovina mašine

Kupovina je posebno zanimljiva kada je mašina potrebna redovno i kada postoji odgovarajuća iskorišćenost. Pregled klasa snage možete naći u našem pregledu dostupnih mašina.

Najam mašine

Za pojedinačne projekte ili faze testiranja najam može biti svrsishodniji. On omogućava da se tehnologija koristi u realnim uslovima u sopstvenom pogonu, a da se odmah ne uloži cela investicija.

Čišćenje kao usluga

Ako radne komade treba čistiti samo retko, naručena obrada može biti isplativija. Odluku ne bi trebalo donositi po osećaju: učestalost primene, obim obrade i dosadašnji troškovi procesa daju znatno bolju osnovu.

Zašto test materijala ima smisla

Za izbor mašine test materijala je jedan od najvažnijih koraka. Tehnički list govori koliku snagu mašina ima. Test materijala, nasuprot tome, pokazuje:

• da li premaz može da se ukloni
• kako osnovni materijal izgleda nakon toga
• koji su parametri pogodni i koliko je prolaza potrebno
• koja je brzina obrade realna
• koja klasa snage ima smisla

Upravo kod više mogućih sistema poređenje na originalnom radnom komadu može biti veoma korisno. Beamlux zato nudi testove materijala i demonstracije uživo. Cilj ne bi trebalo da bude da se načelno prodaje najjača mašina, već da se odredi sistem koji je za konkretnu primenu tehnički i ekonomski svrsishodan.

Bezbednost pri laserskom čišćenju

Profesionalne ručno vođene mašine mogu biti laseri klase 4. Takvi sistemi moraju se shvatiti s odgovarajućom ozbiljnošću. Opasnosti mogu nastati, između ostalog, od direktnog i reflektovanog laserskog zračenja, izloženosti očiju i kože, procesnih emisija kao i od opasnosti od požara. Za komercijalne primene su zato neophodne primeni prilagođena procena rizika i odgovarajuće tehničke, organizacione i lične zaštitne mere.

Važno je i odgovarajuće procesno odsisavanje. Pri skidanju rđe ili premaza materijal ne nestaje: mogu nastati čestice, prašina, aerosoli i — u zavisnosti od premaza — druge materije.

Nemačko zakonsko osiguranje od nezgoda na radu (Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung, DGUV) objavilo je praktični vodič FBHM-139 kao orijentaciju posebno za čišćenje i uklanjanje premaza ručnim laserskim uređajima klase 4. U njemu se, između ostalog, obrađuju lasersko zračenje, opasne materije koje pri tome nastaju, odsisavanje i organizacione mere zaštite. Time postaje jasno: mašina za lasersko čišćenje jeste moćan industrijski alat — i njome treba rukovati jednako profesionalno. Pregled najvažnijih tačaka naći ćete na našoj stranici o bezbednosti pri radu sa laserom klase 4.

Zaključak: nije zamena za sve, ali jeste jaka alternativa

Postupak objedinjuje više svojstava koja su zanimljiva za savremene industrijske procese obrade površina: radi beskontaktno, ne zahteva klasično abrazivno sredstvo i može se primeniti vrlo lokalno. Istovremeno, tehnologija se može automatizovati i integrisati u postojeće proizvodne procese.

Posebno je pogodan svuda gde cilj nije da se ukloni što više materijala u što kraćem vremenu, već gde je potrebno definisano stanje površine. Uklanjanje rđe, uklanjanje premaza, uklanjanje oksida, čišćenje kalupa i priprema površina za zavarivanje ili lepljenje spadaju u najvažnije primene.

Da li se uređaj isplati u konkretnom pogonu, ne može se, međutim, proceniti samo na osnovu broja vati. Presudno je pet pitanja: Koji materijal treba obraditi? Šta treba ukloniti? Kolika je površina? Koliko često se obrada vrši? Kakav rezultat je potreban?

Time je postupak objašnjen u osnovnim crtama — prenošenje na sopstveni radni komad ostaje, međutim, pitanje prakse. Upravo zato je test materijala često najsmisleniji početak. Pre nego što se odluči između pulsnog lasera, CW lasera, kupovine, najma ili usluge, na stvarnom radnom komadu može se proveriti koji pristup zaista funkcioniše i koja brzina obrade je dostižna.

Česta pitanja

Odgovarajući pojmovi u rečniku

Sledeći stručni izrazi definisani su na jednom mestu u rečniku Beamlux — tamo ćete naći ukupno 160 odrednica, od ablacije do ogorine.

Izvori

• Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT — laserski postupci čišćenja, skidanje rđe i premaza, priprema površina.
• Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS — lasersko čišćenje, prethodna obrada površina i integracija u industrijske procese.
• Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung (DGUV) — FBHM-139 „Strahlarbeiten – Reinigen und Entschichten mit Laserstrahlung“, praktični vodič za ručne laserske uređaje klase 4, izdanje 06/2024.
• Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA) — TROS Laserstrahlung, tehnička pravila uz nemačku Arbeitsschutzverordnung zu künstlicher optischer Strahlung (OStrV, uredba o zaštiti na radu od veštačkog optičkog zračenja).

Srodne teme