La pulizia laser e la superficie del laser ad incroci di precisione di precisione che producono i risultati di oggi semplicemente non sarebbero possibili senza tecnologia laser. Il taglio laser è già onnipresente e anche la saldatura laser (automatizzata o manuale) sta rapidamente guadagnando popolarità. Ma i laser fanno molto più che semplicemente tagliati e saldati, possono pulire. Sebbene la tecnologia di pulizia laser non sia ancora diventata popolare, si è affermata in applicazioni come la rimozione della vernice e della ruggine, specialmente in applicazioni di pulizia specializzate in settori come aerospaziale e automobilismo. La maggior parte delle apparecchiature per la pulizia laser utilizza l'ottica di scansione che muove il raggio laser a velocità di diversi metri al secondo per proiettarlo nella forma desiderata (come un cerchio o rettangolo) sulla superficie.
Che cosa è esattamente la pulizia del laser?
La pulizia laser comprende una serie di processi diversi che rientrano in due categorie principali. Uno è la rimozione dei contaminanti della superficie e l'altro è la "incisione" o la "trama" di una superficie per accogliere un rivestimento specifico, un legame adesivo o altre esigenze di applicazione. Mentre la rimozione dei contaminanti (nota come "pulizia") e la texturing laser può utilizzare simili o anche la stessa attrezzatura, i due processi sono distinti e i produttori scelgono tra le diverse categorie a seconda delle loro esigenze.
Come puliscono i laser?
Nel suo centro, la pulizia laser riguarda la rimozione di contaminanti della superficie, come la ruggine e la vernice indesiderata. L'attrezzatura è spesso dotata di un sistema di estrazione di fumi che cattura i contaminanti che vengono rimossi dal laser. In alcune applicazioni aerospaziali critiche, come la pulizia del titanio, viene utilizzato un gas di protezione per prevenire la formazione di ossido. In molte applicazioni comuni, i laser funzionano ad ablando i contaminanti di superficie. L'ablazione (conversione di un solido direttamente in un gas) funziona meglio quando la soglia di ablazione del contaminante è ben al di sotto di quella del metallo di base, in modo che il laser possa atomizzare il contaminante senza influire sulla superficie del metallo. L'energia erogata dal laser esegue l'operazione di pulizia in diversi modi, a seconda del materiale rimosso. Ad esempio, a volte il laser crea un effetto di shock termico sulla superficie, causando la differenza nei coefficienti di espansione termica tra detriti di superficie come la ruggine e il metallo di base e lo shock crea una "scossa" delle particelle di ruggine sulla superficie. In altri casi, il calore del laser brucia il materiale da rimuovere, che di solito è di vernice o altri rivestimenti organici.
La contaminazione dell'olio è trasparente per i laser, quindi non viene rimossa per ablazione o shock termico. In questo caso, il laser "fa bolle" alcune parti dell'olio. In particolare, il laser riscalda piccole aree della superficie metallica, causando saltare le goccioline di olio dalla superficie nell'aria, dove il sistema di estrazione di fumi cattura queste goccioline. "In queste applicazioni, il sistema di estrazione di fumi è importante quanto il laser stesso.
Superfici texturing laser
I laser offrono precisione che è difficile da abbinare ad altri strumenti. La potenza del laser, la durata dell'impulso e il profilo del raggio possono essere regolati in modo che il processo rimuova solo la porzione prevista e lascia altre aree inalterate. Proprio come la pulizia laser rimuove i contaminanti lasciando intatto il metallo di base, la texture laser può anche essere eseguita con un controllo preciso. In questi processi, il raggio laser è in genere un raggio gaussiano ad alta energia al centro del raggio, che abliva lo strato di metallo e fa sì che il metallo sottostante sia sottoposto a un cambiamento di stato istantaneo da solido a liquido e ritorno al solido. Il processo utilizza in genere laser a modalità singola, che consentono dimensioni spot molto piccole, creando trame estremamente precise. Un'analogia può essere disegnata alla sabbiatura, in cui le dimensioni di ogni granello di sabbia sono controllate con precisione, sebbene la texturing laser funzioni in modo completamente diverso che tratta la superficie con il calore del laser piuttosto che l'impatto fisico dei grani di sabbia. In alcune applicazioni di fabbricazione dei metalli, la texture laser può modellare con precisione una superficie per cambiare le sue proprietà, come renderla idrofobica. Queste applicazioni di tessitura di precisione in genere utilizzano laser con durate di impulsi molto brevi, di solito misurate in picosecondi o femtosecondi. Molte altre applicazioni di tessitura vengono utilizzate per preparare le superfici metalliche per i rivestimenti senza l'uso di sostanze chimiche di grana o di pulizia.
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Applicazioni automatizzate
La pulizia del laser automatizzato sta diventando più comune in ambienti a basso contenuto di volume. La pulizia delle saldature per batterie, ad esempio, è un'applicazione tipica. "Questi sistemi elaborano milioni di parti, saldando più pezzi al secondo per pulire le superfici." La rimozione della lubrificazione dopo il timbro è un'altra applicazione in crescita. In precedenza, queste operazioni si basavano su grandi linee di pulizia per preparare i timbri per il rivestimento, utilizzando grandi quantità di acqua che erano facilmente contaminate da metallo e altri detriti e difficili e costose da maneggiare. La preparazione del legame è un'altra importante area di applicazione, in particolare la texturing laser. In alcuni casi, potrebbe essere necessario assemblare l'alloggiamento con un adesivo specifico che corrisponde a una superficie con una consistenza o un modello specifico. La produzione di pastiglie del freno utilizza una tecnologia simile, in cui il laser tema la superficie metallica prima che venga posizionata la pastiglia del freno.
Sostituzione di sabblasting?
I vantaggi di velocità e qualità della saldatura laser sono ben noti, motivo per cui appare sempre più sul pavimento. Quindi, la texturing laser può sostituire il sabbia? Le attrezzature automatizzate funzionano bene in situazioni ad alto volume e bassa mix, in particolare per le geometrie in parte semplici. Tuttavia, man mano che le parti diventano più complesse e le combinazioni in parte diventano più grandi, la difficoltà dell'automazione aumenta. Ciò ha a che fare con la natura della tessitura laser, che idealmente richiede che il raggio sia perpendicolare alla superficie metallica o il più vicino possibile alla perpendicolare.
Un'alternativa emergente
La pulizia e la texture laser non sono adatte in tutti i casi, a seconda dei contaminanti che devono essere rimossi e dei requisiti di preparazione della superficie. Ad esempio, i laser non sono bravi a rimuovere la scala del mulino dalla piastra spessa a calore, specialmente in un ambiente automatizzato che richiede un elevato throughput. Tuttavia, la pulizia e la testuring laser mostrano un grande potenziale, specialmente nelle industrie che cercano lavoratori qualificati. Sandblasting e detergenti chimici spesso rendono l'ambiente meno che incontaminato. "Molte persone vogliono vedere processi più verdi e più sostenibili nella produzione", ha affermato Miller Cordeiro, Content Manager di Laser Photonics. "La pulizia laser e le tecnologie simili offrono ai produttori più opzioni aiutandoli a migliorare il loro ritorno sugli investimenti." Sostituire tutte le grinte e le sostanze chimiche con i laser, insieme ai giusti protocolli di sicurezza (DPI, sicurezza leggera, recini intrecciati con appropriato vetro di sicurezza laser), può rendere il pavimento della fabbrica un luogo più pulito e più attraente da lavorare. Per un settore che è costantemente alla ricerca di nuovi modi per attirare i lavoratori, creare un ambiente di lavoro migliore è sicuramente una buona idea.
