Veröffentlicht von Catherine Veilleux, 12. April 2023
Laserreinigung
Der Absatz von Elektrofahrzeugen steigt und damit auch die Erwartungen der Kunden an die Qualität. Damit E-Motoren ihre Leistungsfähigkeit über lange Zeit erhalten, schützen die Hersteller die leitenden Teile mit einer Epoxidbeschichtung vor Verunreinigungen.
Die Laserreinigung kann sowohl zur Entfernung von Epoxid vor dem Laserschweißen als auch zur Entfernung von Verunreinigungen vor dem Auftragen von Epoxid verwendet werden und gewährleistet in beiden Fällen eine saubere Oberfläche.
Folgende Themen werden in diesem Artikel behandelt:
Entfernen von Epoxid vor dem Laserschweißen
Die Teile werden in Epoxid imprägniert, bevor sie mit anderen Komponenten verschweißt werden. Die Epoxid-Laserreinigung wird dann in Bereichen eingesetzt, die geschweißt werden müssen, um eine saubere Oberfläche zu gewährleisten, ohne die Metalloberfläche zu beschädigen.
Im folgenden Video wird bei der Laserreinigung die Epoxidbeschichtung von einem Elektromotor-Hairpin entfernt.
Die Alternative besteht darin, die zu schweißenden Bereiche vor der Imprägnierung manuell abzudecken und die Abdeckungen nach der Beschichtung zu entfernen. Der Bereich muss vor dem Schweißen noch gereinigt werden, was diesen manuellen Prozess mühsam macht.
Wie funktioniert die Epoxid-Laserreinigung?
Bei der Epoxid-Laserreinigung wird zunächst die Epoxidbeschichtung oder -lackierung auf einem Metallteil verdampft. Die Metalloberfläche wird dann per Laser gereinigt und ist bereit für die nächsten Schritte des Fertigungsprozesses.
Ein optimierter Laserreinigungsprozess übertrifft andere Methoden zur Epoxidentfernung. Die Präzision des Laserstrahls im Mikrometerbereich ermöglicht einen präzisen und wiederholbaren Prozess, der eine saubere Oberfläche liefert. Der Laserstrahl wird mit Strom erzeugt und benötigt keine Chemikalien. Es entsteht auch kein Abfall, was ihn zu einer vielversprechenden umweltfreundlichen Technologie zur Entfernung von Beschichtungen macht.
Welcher Lasertyp sollte verwendet werden?
Gepulste Laser sind ideal für die Entfernung von Epoxidlacken oder -beschichtungen von Metallen, da sie die hohen zum Abtragen von Epoxid erforderlichen Energieniveaus erreichen. Jeder kurze Impuls liefert bei jeder Wiederholung mehr Energie als ein Dauerlaser mit gleicher Leistung.
Die Einstellung der Pulsdauer und der Wiederholrate des Lasers optimiert den Laserabtrag für Epoxid. So variiert die Pulsdauer der Laserax-Laser zwischen 20 und 500 Nanosekunden. Wie wir im folgenden Beispiel sehen werden, kann die Änderung eines einzigen Parameters einen großen Einfluss auf das Ergebnis haben.
Beispiel: Epoxid-Laserreinigung auf einer Kupferoberfläche
In einem kürzlich durchgeführten Experiment testete Laserax verschiedene Laserparameter an einem mit Epoxid beschichteten Kupferteil für die Automobilindustrie. Die wichtigsten Parameter, die bei diesem Experiment angepasst wurden, waren Laserleistung, Lasermodus und Anzahl der Laserdurchgänge.
Single-Mode-Laser haben einen kleineren Kerndurchmesser der Glasfaser und decken daher weniger Fläche auf einmal ab als Multimodus-Laser. Doch Single-Mode-Laser liefern Laserlicht effizienter und haben eine bessere Strahlqualität als Multimodus-Laser.
Die Aufnahmen des Rasterelektronenmikroskops (REM) unten zeigen die Mikrostrukturprüfung eines Teils nach dem manuellen Abdecken, bei der sowohl Einzelmodus- als auch Multimodus-Epoxid-Laserreinigung verwendet wurden. Diese Inspektion wurde durchgeführt, um festzustellen, ob Epoxidrückstände auf der Oberfläche verbleiben.
Nach dem manuellen Abdecken
Single-Mode-Laserreinigung, 500 W, 20 Laserdurchgänge
Multimodus-Laserreinigung, 1 kW, 20 Laserdurchgänge
Diese Bilder wurden mit EDX-Messungen der auf der Kupferoberfläche der einzelnen Proben vorhandenen Elemente verknüpft. Die Ergebnisse zeigten, dass der 500 W Single-Mode-Laser eine bessere Reinigungs-/Epoxidabtragsqualität erzielt als das manuelle Verfahren und der 1 kW Multimodus-Laser.
Der 1 kW Multimodus-Laser ist effizienter und erreicht eine schnellere Abtragsrate, aber nach einer entsprechenden Anzahl von Laserdurchgängen bleiben mehr Epoxidrückstände zurück als beim 500 W Single-Mode-Laser.
Entfernen von Verunreinigungen vor dem Auftragen von Epoxid
Die Laserreinigung wird häufig vor dem Auftragen von Klebstoffen wie Epoxid verwendet. Durch die Entfernung von Verunreinigungen und Oxiden von der Metalloberfläche schafft die Laserreinigung ideale Bedingungen für eine effektive Haftung zwischen dem Metallsubstrat und dem Klebstoff. Der Laser kann auch die Metalloberfläche texturieren, um die Haftung zu erhöhen.
Das Batteriegehäuse im Video unten wird vor dem Maskieren mit dem Laser gereinigt und texturiert. Ein ähnliches Verfahren kann vor dem Auftragen von Epoxid durchgeführt werden.
Messen von Benetzbarkeit und Sauberkeit
Mit einer Reihe von Tests wird sichergestellt, dass die gereinigte Oberfläche frei von Beschichtungen oder organischen Verunreinigungen ist. Dazu wird die Benetzbarkeit des Metalls mit einem Wasserkontaktwinkeltest (WCA) quantifiziert. Benetzbarkeit bezeichnet die Fähigkeit einer Flüssigkeit, sich auf einer festen Oberfläche auszubreiten oder an ihr zu haften. Durch die Messung des Kontaktwinkels auf der gereinigten Oberfläche mit einem Oberflächenanalysegerät kann festgestellt werden, ob Verunreinigungen die Ausbreitung des Wassers verhindern. Ein geringerer Kontaktwinkel korreliert mit einer saubereren Metalloberfläche.
Die Sauberkeit kann auch mit Relative Fluorescence Units (RFU) gemessen werden. Die RFU-Werte werden von einem Fluoreszenzmessgerät registriert, das die Metalloberfläche mit UV-Strahlen bestrahlt und die resultierende Fluoreszenz der Verunreinigungen quantifiziert. Je niedriger der RFU-Wert ist, desto sauberer ist das Metall.
Sauberkeit ist wie Stille: Sie lässt sich nicht messen, da sie eine Abwesenheit definiert. So wie wir Lärm messen, um die Stille zu quantifizieren, messen wir die Fluoreszenz von Verunreinigungen, um die Sauberkeit zu messen.
Schlussfolgerung
Innovative Methoden zur schnellen und dauerhaften Montage von Elektromotoren stehen im Mittelpunkt des Interesses von EV-Unternehmen und ihren Zulieferern.
Die Epoxid-Laserreinigung ist nur eine der vielversprechenden Technologien, die sich auf die Automobilindustrie auswirken können. Sie hilft Herstellern, ihre Produktion mit einer umweltfreundlichen, nachhaltigen Technologie zu steigern, nicht nur bei der Entfernung von Epoxidbeschichtungen, sondern auch bei vielen ähnlichen Anwendungen.
