Čišćenje suvim ledom ili laser: koji ostaci odgovaraju kom postupku?

Čišćenje suvim ledom može biti vrlo zanimljivo kod masti, čađi, prašine i određenih proizvodnih ostataka. Skidanje materijala laserom pokazuje svoje prednosti naročito onda kada treba ciljano obraditi čvrsto vezane površinske slojeve poput oksida ili premaza.

Za smislen izbor zato najpre treba analizirati ostatak – a tek zatim mašinu.

Zašto „suvo“ još nije odluka o postupku

I postupci zasnovani na CO₂ i laserski procesi često se svrstavaju pod pojam suvo čišćenje.

To opisuje samo to da se ne koristi klasičan vodeni postupak čišćenja.

O samom mehanizmu delovanja govori malo.

Fraunhofer IPA u oblasti industrijskog čišćenja delova navodi više uhodanih tehnologija jednu pored druge: vodeno čišćenje i čišćenje na bazi rastvarača, suvi led, CO₂ sneg, plazmu i laser.

To već pokazuje:

Te tehnologije nisu različiti nazivi proizvoda za isti proces.

One pokrivaju različite zadatke.

Zato izbor postupka ne bi trebalo da počne pitanjem:

„Da li želimo da čistimo suvim postupkom?“

Nego:

„Koja vrsta ostatka nalazi se na kojoj površini?“

Koje zadatke čišćenje suvim ledom dobro pokriva

Kod čišćenja suvim ledom čvrste čestice CO₂ odnosno pelete nanose se strujom gasa na površinu koja se obrađuje.

Fraunhofer IPA opisuje taj postupak na primer za nečistoće kao što su mast, čađ i prašina.

CO₂ zatim prelazi iz čvrstog u gasovito stanje.

Time ne nastaje nikakvo zaostalo sredstvo za mlazno čišćenje od suvog leda koje bi posle trebalo sakupiti.

To je važna razlika u odnosu na klasična abrazivna sredstva za mlazno čišćenje.

Čišćenje suvim ledom može biti posebno zanimljivo onda kada nečistoće treba skinuti sa površine, a da sam upotrebljeni medij pri tome ne ostavlja čvrste ostatke.

Tipična pitanja su:

• Mast na proizvodnim sredstvima
• Čađ
• Prašina
• određena sredstva za odvajanje
• organski proizvodni ostaci

Koja nečistoća zaista može da se ukloni, opet zavisi od konkretnog materijala i stanja.

Gde skidanje materijala laserom radi drugačije

Proces zasnovan na laseru postaje posebno zanimljiv kada je sloj koji treba ukloniti čvrsto vezan za podlogu.

U to na primer mogu spadati:

• Oksidi
• Rđa
• Slojevi laka
• Kovarina
• definisani funkcionalni slojevi

U članku Kako funkcioniše laserska ablacija pri čišćenju metala? obrađene su fizičke osnove.

Za ovo poređenje dovoljna je praktična razlika:

Suvi led se kao medij mlazom nanosi na površinu i skida postojeću nečistoću mehaničkim i termičkim efektima koji pri tome nastaju.

Kod lasera se energija optički i lokalno unosi u relevantni površinski sloj.

To su različiti alati.

Pokušaj da se obe tehnologije porede isključivo po kvadratnim metrima na sat zato ima malo smisla sve dok vrsta nečistoće nije definisana.

Labava nečistoća ili čvrsto vezan sloj?

Jedno od najvažnijih pitanja glasi:

Koliko je ostatak čvrsto vezan za osnovni materijal?

Kod labave odnosno naslagane nečistoće postupak čišćenja mlazom može biti veoma efikasan.

Kod čvrsto prionulog sloja oksida ili laka smisleniji može biti ciljani proces skidanja materijala.

Između ta dva ekstrema postoje brojni međustepeni.

Na primer, kod kalupa i alata mogu biti prisutni:

• Sredstva za odvajanje
• polimerni ostaci
• zapečeni ostaci
• Oksidi

u složenoj strukturi.

Tada jedna jedina tehnologija nije nužno idealna za sve slojeve.

Za nove zadatke zato treba sprovesti probnu obradu.

To je posebno važno kada je površina vredna ili dimenziono kritična.

Šta ostaje posle obrade

Kod čišćenja suvim ledom upotrebljeni CO₂ sublimiše.

To, međutim, ne znači da posle čišćenja uopšte nema ostataka.

Prvobitna nečistoća ipak se skida sa površine.

Mast, čađ ili druge materije ne nestaju fizički iz prostora samo zato što sredstvo za mlazno čišćenje prelazi u gasovitu fazu.

U zavisnosti od procesa, skinute odnosno raspršene nečistoće zato i dalje moraju da se uzmu u obzir.

Kod lasera važi isti osnovni princip.

Obrađeni sloj se skida i trebalo bi ga zahvatiti odgovarajućim procesnim odsisavanjem što bliže mestu nastanka.

Stručno korektno poređenje zato glasi:

Suvi led ne ostavlja nikakvo dodatno čvrsto sredstvo za mlazno čišćenje na bazi CO₂.

Ne:

Suvi led ne stvara nikakve ostatke.

Uticaj materijala i ciljna površina

Izbor postupka ne zavisi samo od toga šta treba ukloniti.

Jednako je važno kako površina posle toga mora da izgleda.

Treba li ukloniti samo nečistoću?

Ili treba ciljano otkriti metalni sloj?

Mora li topografija da ostane nepromenjena?

Da li je potrebna aktivacija površine za naredni korak spajanja?

Fraunhofer IPA na primer navodi čišćenje suvim ledom kao postupak za čišćenje u okruženju procesa spajanja.

Postupke zasnovane na laseru Fraunhofer ILT i IFAM takođe ispituju za pripremu površine pre lepljenja, zavarivanja ili nanošenja premaza.

Time obe tehnologije mogu biti deo industrijske prethodne obrade.

One, međutim, ne stvaraju nužno isto stanje površine.

Odluku zato ne bi trebalo donositi samo na osnovu vizuelne čistoće.

Snabdevanje medijem i infrastruktura

Čišćenje suvim ledom zahteva snabdevanje CO₂ odnosno suvim ledom i po pravilu komprimovani vazduh odnosno odgovarajuću mlaznu tehniku.

Medij mora da se nabavi, uskladišti i doveze do mesta primene.

Pošto suvi led kontinuirano sublimiše, logistika ima posebne osobine.

Laseru je, nasuprot tome, potrebna električna energija i, u zavisnosti od sistema, dodatna infrastruktura kao što su hlađenje i tehnika odsisavanja.

Za mobilne primene zato može biti relevantno pitanje:

Koje snabdevanje je na mestu primene lakše dostupno?

U proizvodnoj hali sa postojećim snabdevanjem komprimovanim vazduhom čišćenje suvim ledom može se dobro integrisati.

Na drugoj lokaciji kontinuirano obezbeđivanje medija može stvoriti veći logistički udeo.

Kod lasera opet mogu biti presudni električna priključna snaga, odsisavanje i bezbednosna zona.

Troškove pogona zato ne bi trebalo posmatrati samo kao cenu energije.

U račun spada celokupna logistika snabdevanja.

Automatizacija

Oba postupka mogu da se automatizuju.

Fraunhofer IPK na primer opisuje ćeliju za čišćenje sa tehnikom CO₂ visokog pritiska, mlaza snega i mlaza suvog leda, koja može da se koristi i robotski i ručno.

Laserski procesi takođe mogu da se vode preko robota i skenera.

Time „mogućnost automatizacije“ nije jednoznačan kriterijum za izbor.

Presudno je pre svega:

Koliko je složena geometrija dela?

Koliko precizno mora da se poštuje zona obrade?

Kolika je potrebna površina?

Koliko brzo pojedini sistem može pouzdano da ukloni ostatak?

Kod serijskih delova treba sprovesti stvarno poređenje taktnog vremena.

Kalupi i proizvodna sredstva

Čišćenje suvim ledom se često dovodi u vezu sa čišćenjem kalupa i proizvodnih sredstava.

To je razumljivo.

Proizvodni ostaci mogu da se odvoje, dok na kalupu ne ostaje čvrsto abrazivno sredstvo od CO₂.

I DGUV navodi kriostatsko čišćenje kalupa peletama suvog leda kao industrijski slučaj primene.

Postupci zasnovani na laseru takođe mogu da se primene na kalupima.

Prednost tu može da bude u preciznom lokalnom unosu energije.

Koja metoda bolje funkcioniše, zato u velikoj meri zavisi od vrste ostatka.

Lako uklonjivo sredstvo za odvajanje predstavlja drugačiji zadatak nego čvrsto vezan površinski sloj.

Za proizvođače kalupa serija testova je posebno svrsishodna, jer ulogu igraju i vreme ciklusa i željeno stanje površine alata.

Osetljive komponente

Kod osetljivih delova ni suvi led ni laser ne bi smeli paušalno da se smatraju „blagim“.

Čišćenje suvim ledom dovodi medijum brzinom na površinu i pritom stvara termički efekat.

Energija lasera takođe deluje na materijal.

Oba procesa zato moraju da se prilagode delu i nečistoći.

Istraživanja Fraunhofera o snegu od CO₂, na primer, izričito se bave termičkim dejstvom na osetljive elektronske komponente.

Kod lasera procesni prozor odlučuje o tome koliko jako se utiče na podlogu.

Za delove visoke vrednosti prava metoda je zato ona koja traženo krajnje stanje postiže unutar bezbednih granica parametara.

A ne ona koja se u opštoj reklamnoj tvrdnji označava kao „blaga prema materijalu“.

Pravilno poređenje brzine procesa

Ozbiljno merenje brzine mora da poredi isti zadatak.

Oba postupka dobijaju:

• isti deo
• isto početno stanje
• isti ciljni kvalitet
• istu relevantnu površinu

Nakon toga se ne meri samo aktivno vreme obrade.

Tu spadaju i priprema medijuma, podešavanje, naknadno čišćenje i kontrola.

Kod suvog leda, na primer, dopunjavanje odnosno obezbeđivanje medijuma može da bude deo rada.

Kod lasera ulogu mogu da igraju uspostavljanje bezbednosne zone i tehnika filtriranja.

Tek ukupno vreme procesa omogućava B2B odluku.

Bezbednost kod CO₂ i lasera klase 4

Opasnosti se jasno razlikuju.

DGUV Information 213-115 obrađuje rad sa suvim ledom i ukazuje na to da iz čvrstog CO₂ kontinuirano nastaje gasoviti ugljen-dioksid.

U slabo provetrenim ili neodgovarajućim prostorima koncentracija CO₂ zato može da postane bezbednosno relevantna.

I veoma niska temperatura medijuma mora da se uzme u obzir pri rukovanju i skladištenju.

Kod otvorene primene snažnih lasera, nasuprot tome, u prvom planu su između ostalog direktno i reflektovano lasersko zračenje kao i procesne emisije.

DGUV FBHM-139 obrađuje odgovarajuće zaštitne mere za ručno vođene lasere klase 4.

Zato bi bilo pogrešno paušalno prikazati bilo koji od ova dva postupka kao bezopasan.

Oba zahtevaju procenu rizika specifičnu za primenu.

Odluka prema ostatku

Jednostavna orijentacija glasi:

Kod površinskih odnosno odvojivih nečistoća kao što su mast, čađ ili određeni proizvodni ostaci, čišćenje suvim ledom treba proveriti kao moguću tehnologiju.

Kod čvrsto prionulih oksida, rđe ili definisanih premaza lasersko skidanje materijala može da bude posebno zanimljivo.

To nije univerzalna podela.

Stvarna pogodnost zavisi od:

• materijala
• ostatka
• Geometrija
• ciljne površine
• brzine
• procesnog okruženja

.

Zato se kod graničnih slučajeva preporučuje direktan test.

Zaključak: prvo odrediti ostatak, pa onda postupak

Čišćenje suvim ledom ili laser: koji ostaci odgovaraju kom postupku?

Obe tehnologije rade suvo, ali na različit način.

Čišćenje suvim ledom ima prednosti kod brojnih površinskih nečistoća i ne ostavlja dodatno čvrsto abrazivno sredstvo od CO₂.

Lasersko skidanje materijala može da pokaže svoju snagu kod čvrsto vezanih površinskih slojeva i lokalno definisanih zona obrade.

Za preduzeća odluka zato treba da se donese ovim redosledom:

1. Odrediti ostatak.
2. Utvrditi osnovni materijal.
3. Definisati ciljnu površinu.
4. Proveriti geometriju i pristupačnost.
5. izmeriti stvarno vreme procesa.
6. Uzeti u obzir snabdevanje medijumima odnosno energijom.
7. Uporediti bezbednosni koncept.

Ko postupak može da izabere prema stvarno prisutnim ostacima, od opšteg pitanja „Suvi led ili laser?“ pravi konkretnu tehničku odluku.

Izvori

• Fraunhofer IPA – Pre- and post-processing of joining processes — Primer iz prakse za čišćenje suvim ledom.
• Fraunhofer-Geschäftsbereich Reinigung – Cleaning Technologies — Pregled industrijskih postupaka čišćenja, uključujući suvi led i laser.
• Fraunhofer IPK – Clean Production for Clean Mobility — Automatizovani postupci mlaza sa CO₂, snegom i suvim ledom.
• DGUV Information 213-115 „Tätigkeiten mit Trockeneis“ — Opasnosti i zaštitne mere pri rukovanju čvrstim CO₂.
• DGUV – FBHM-139 — Zaštitne mere za ručno vođene laserske sisteme klase 4.

Povezani sadržaji