Oppervlaktebehandeling met de laser

Laserreinigen en laserpolijsten

Dat de laser fysiek het te bewerken onderdeel niet aanraakt, geeft een groot aantal mogelijkheden een aantal bewerkingen op oppervlakken van vaak willekeurige vorm en / of uit vaak willekeurig materiaal, uit te voeren.
Daarbij zijn geen nare chemicaliën nodig, die speciale ARBO-maatregelen behoeven. Er is geen straalmiddel nodig, dat aan slijtage onderhevig is, en naderhand als chemisch afval moet worden behandeld.
De hoeveelheid afval wordt qua volume dus zeer beperkt, omdat het straalmiddel - licht - schoon is en schoon blijft.
Min of meer gelijkwaardig uit te voeren laser-oppervlaktebehandelingen zijn:

Een goed voorbeeld vinden we bij bandenmatrijzen voor autobanden. Een laser reinigt die uitstekend: grofweg een 30 minuten voor een complete reiniging is een haalbare waarde. Bovendien hoeft de matrijs niet te worden uitgebouwd, omdat een laserkop ook in een hete omgeving werken kan.
Een tweede belangrijk voordeel is dat het laserlicht de vaak gespecialiseerde vorm van de matrijs niet verandert: de vorm blijft behouden en de levensduur van de matrijs verlengt daardoor aanzienlijk.
In de gereedschapbewerking vinden lasers eveneens vele goede toepassingen, voor zowel reinigen als polijsten.

Hoe werkt dit proces?

Laserlicht bevat energie, van speciale golflengte en intensiteit en bij treffen van een oppervlak kan een laserstraal die energie overdragen. Deze energieoverdracht is niet voor alle materialen gelijk en is een functie van de gebruikte laser en de eigenschappen van het onder de laserstraal geplaatste materiaal.
Het functioneren van de laser zelf is onder andere afhankelijk van de gebruikte optische mogelijkheden, het soort laser en kan al naar gelang de toepassing optimaal gekozen worden.

Laserreinigen

De energie in de laserstraal verhoogt in de eerste plaats de energie in de atomen of moleculen in het getroffen oppervlak, en daarmee loopt de temperatuur in dat oppervlak op.
Deze warmtebeïnvloeding bij reiniging zal gebruikelijk ook beperkt blijven tot enkele honderstes van millimeters, of nog minder, waarmee onthardingsverschijnselen bij staal bovendien vermeden worden. En dan nog: bij reiniging is de opwarming gebruikelijk niet meer dan een 20 - 30 °C, eigenlijk niet eens merkbaar.
Voor deze reinigingsbehandelingen is de benodigde energie relatief laag, dat wil zeggen, met een laserenergie van ≈ 100 W zijn al behoorlijke reinigingsacties voor industriële toepassingen mogelijk.

Wat voor reinigingssnelheid is er te behalen?
Om de gedachten te bepalen: 2 cm2/sec een goede praktijkwaarde.
Ook hier is de reinigingssnelheid recht evenredig aan geïnstalleerd vermogen en vanzelfsprekend afhankelijk van:

Als voorbeeld van de invloed van de materiaaleigenschappen geldt de mate waarin het oppervlak de energie van de laser opneemt, geleidt ofwel kan reflecteren. Bij geleiden of reflecteren gebeurt er niet veel, maar als de energie wordt opgenomen, dan kan het nog zo zijn dat het materiaal alleen maar zacht wordt en verder niets doet. De bedoeling is natuurlijk dat de laser de te treffen lagen zodanige energieverhoging geeft, dat er werkelijk iets zal ontstaan, een reiniging of afbreken van de toplaag.
Zo breekt met relatief geringe energie een vervuilde laag van bijvoorbeeld vet en olie af: het residu is gewoonlijk dampvormig en daardoor eenvoudig af te zuigen.

Welke laser is het meest geschikt?
In principe komen voor reiniging de CO2 laser en de Nd-YAG laser in aanmerking. Voor industriële toepassingen is de Nd-YAG laser de flexibelste en meest gebruikte. De CO2-laser is als gereedschap een eveneens zeer robuust werktuig in vergelijking tot de Nd-YAG laser. Het blijkt dat de inzet van het type laser sterk toepassingsafhankelijk kan zijn. Advies is in dezen eigenlijk onvermijdelijk.

Laserpolijsten

Met een wat hogere energie is - ook weer met aangepaste optieken - het oppervlak zeer fijn om te smelten, waardoor gladde en spiegelende oppervlakken ontstaan, met een fijne microstructuur.
Met bepaald meer vermogen in de laser als bij het reinigen het geval is, kan een oppervlak van een metaal of kunststof omsmelten. Door de fijnheid van de besturing, de uitstekende regelbaarheid van het proces, levert dat een buitengewone oppervlaktekwaliteit op, die vergelijkbaar is met polijsten.
Het verschil is echter dat het mechanische polijsten weliswaar een mooi en glad oppervlak oplevert, maar de gebruikelijke contaminaties van het oppervlak worden in het onderliggend materiaal opgenomen of versmeerd.
Polijsten met laser maakt het niet alleen glad, maar haalt dus ook de verontreinigingen uit het oppervlak, waardoor een zeer zuivere en fijne microstructuur ontstaat. Verontreinigingen in het oppervlak gaan in dampvorm over, analoog aan het reinigen met lasers.
In het algemeen is het bewerkingsresultaat afhankelijk van:

Voor het polijsten is de benodigde laserenergie hoger dan bij het reinigen het geval is, dat wil zeggen, met een laserenergie van ≈ 500 W zijn al een behoorlijk resultaat te verkrijgen is voor industriële toepassingen. Dit hangt ook hier weer af van de toepassing, en met name van de mate waarin het onderliggende materiaal de laserwarmte opneemt. Polijsten van een RVS oppervlak zal met dezelfde energie een hogere waarde per seconde bereiken dan met een ondergrond van bijvoorbeeld Cu of Al.
Maximaal haalbaar is een ruwheidswaarde van Ra = 0,3 µ, uitgaande van een geslepen metalen oppervlak. Omdat de laser het oppervlak fysiek niet beroert, is het polijsten van poreuze oppervlakken eveneens goed mogelijk.

Wat voor snelheid is er te behalen laserpolijsten?
Om de gedachten te bepalen: 20 tot 30 sec/cm2 is in de praktijk haalbaar, onder de juiste omstandigheden. In vergelijking tot het handpolijsten van 3D-oppervlakken in spuitgietgereedschappen is deze techniek grofweg 60 x sneller.
Ook hier is de processnelheid recht evenredig aan geïnstalleerd vermogen en vanzelfsprekend afhankelijk van:

 

Laserreinigen behoort daarom samen met het laserpolijsten tot de modernste technieken om oppervlaktes te bewerken of te behandelen.
Het proces als werktuig behoeft een nauwkeurige spanbank, die onvermijdelijk deel zal uitmaken van het besluitvormingsproces.

 

Top van deze pagina Druk deze pagina af