Veröffentlicht von Alex Fraser, 10. September 2022
Laserreinigung
Plasmareinigung und Laserreinigung sind Oberflächenreinigungsverfahren, die zur Vorbereitung von Oberflächen für nachfolgende Fertigungsprozesse wie Schweißen, Beschichten und Kleben eingesetzt werden. Während sich die Laserreinigung auf die Kraft des Lichts stützt, um Verunreinigungen zu entfernen, wird bei der Plasmareinigung ein ionisiertes Gas, Plasma genannt, verwendet.
Viele Hersteller verstehen den Unterschied zwischen Laserreinigung und Plasmareinigung nicht im vollen Umfang. Schließlich handelt es sich bei beiden um berührungslose Verfahren, die keine Lösungsmittel oder Chemikalien wie bei der chemischen Reinigung benötigen, und sie sind als Ersatz für abrasive Techniken wie Sandstrahlen und Trockeneissprengen gefragt.
In diesem Artikel erläutern wir, welche Technik bessere Ergebnisse erzielt und warum. Doch bevor wir den Unterschied erörtern, sollten wir uns einen kurzen Überblick über die einzelnen Methoden verschaffen.
Was ist Plasmareinigung?
Die Plasmareinigung ist eine Art der Plasmabehandlung, bei der Oberflächenverunreinigungen durch Karbonisierung mit Plasma, einem ionisierten Gas, entfernt werden. Es ist so heiß, dass die Elektronen von den Atomen getrennt werden. Plasma entsteht durch Erhitzen von Gasmolekülen, wie z. B. Argon oder Sauerstoff, bis zu einem Punkt, an dem sie einen höheren Energiezustand erreichen und ionisiert werden (d. h. die Atome und Moleküle sind elektrisch geladen).
Die Plasmareinigung ist ein vielseitiges Verfahren zur Reinigung aller Arten von Oberflächen, einschließlich Kunststoffen, Metallen und Keramiken. Es wird hauptsächlich zur Entfernung von organischen Verunreinigungen wie Öl, Staub, Elektrolyt und Farbe verwendet. Andere Arten von Verunreinigungen wie Rost und Oxide lassen sich damit weniger gut entfernen.
Was ist Laserreinigung?
Die Laserreinigung ist ein Verfahren, bei dem Oberflächenverunreinigungen durch Laserablation entfernt werden. Der Laserstrahl – ein konzentrierter Lichtstrahl mit einer bestimmten Wellenlänge – wird auf die Oberfläche gerichtet. Da die Verunreinigungen die Energie des Laserstrahls absorbieren, werden sie bis zu einem Punkt erhitzt, an dem ihre chemische Bindung mit dem Substrat unterbrochen wird und sie zu Staub und Rauch verdampfen.
Die Laserreinigung wird hauptsächlich zur Entfernung von Verunreinigungen auf Metallen eingesetzt, kann aber auch zur Reinigung von Keramik und Stein verwendet werden. Für Kunststoffe und Gummi ist es kaum geeignet. Mit diesem Verfahren können alle Arten von Verunreinigungen entfernt werden, einschließlich Oxid, Korrosion, Farbe, Öl, Staub und Elektrolyte. Bei der Entfernung von dickem Walzzunder ist sie jedoch weniger effizient.
Die Hauptunterschiede zwischen Laser- und Plasmareinigung
Geschwindigkeit des Reinigungsprozesses
Die Laserreinigung ist viel schneller als die Plasmareinigung, deren Arbeitszyklus relativ langsam ist, weil die meiste Zeit mechanische Teile bewegt werden müssen und nur wenig Zeit auf die Reinigung verwendet wird.
Bei der Laserreinigung werden ultraschnell rotierende Spiegel (Galvospiegel) verwendet, um das Laserlicht zu lenken. Bei der Batterieherstellung beispielsweise dauert es nur etwa 100 Mikrosekunden, um den Laserstrahl von einer Zelle zur nächsten zu bewegen, wenn die Oberflächen zum Schweißen vorbereitet werden.
Bei der Plasmareinigung muss eine Düse mit Hilfe eines Portalsystems über die zu reinigende Oberfläche bewegt werden. Diese mechanischen Bewegungen, die nicht so schnell sind wie Galvospiegel, verlangsamen den Reinigungsprozess. Bei der Batterieherstellung muss die Düse über jede einzelne Zelle bewegt werden, was den Prozess unnötig verlängert.
Mechanische Festigkeit von Schweißnähten
Bei der Reinigung von Oberflächen vor dem Schweißen sorgt die Laserreinigung für stärkere und gleichmäßigere Schweißnähte als die Plasmareinigung. Dies ist besonders wichtig in Branchen mit engen Spezifikationsgrenzen wie der Batterieindustrie, wo die Qualitätssicherung 6 Sigma (3,4 Fehler pro Million) oder sogar 7 Sigma (0,02 Fehler pro Million) fordert.
Plasmagereinigte Schweißnähte brechen in der Regel unter 1000 gf (Gramm-Kraft). Diese Schweißnähte sind außerdem sehr uneinheitlich und haben Schwierigkeiten, die Spezifikationsgrenzen durchgängig einzuhalten, wobei der Prozessfähigkeitsindex (Cpk) unter 1 liegt.
Bei der Laserreinigung brechen die Schweißnähte nur zwischen 3000–5000 gf. Mit einem Cpk-Wert von nahezu 2 kann die Laserreinigung die Spezifikationsgrenzen problemlos einhalten.
Qualität der Reinigung
In manchen Fällen bleiben bei der Plasmabearbeitung verkohlte Rückstände auf der Oberfläche haften, und diese Verunreinigungen lassen sich nur schwer entfernen – selbst mit einem zweiten Reinigungsschritt. Viele Hersteller sind bei dem Versuch, Oxide zu entfernen, auf dieses Problem gestoßen.
Wie bei der Plasmareinigung variiert die Leistung der Laserreinigung in Abhängigkeit von den zu entfernenden Verunreinigungen. Bei der Laserreinigung müssen die Verunreinigungen die Wellenlänge des Lasers in einem guten Verhältnis absorbieren. In diesem Fall werden die Schadstoffe in die Luft verdampft und es bleibt nichts auf der Oberfläche zurück.
Die Laserax-Laserreinigungssysteme erzeugen beispielsweise eine Wellenlänge von 1.064 nm, die von einer Reihe von Verunreinigungen wie Oxiden, Stäuben, Ölen, Beschichtungen und Elektrolyten gut absorbiert wird. Einige Verunreinigungen, wie z. B. Klarlacke, können mit dieser Wellenlänge nicht richtig entfernt werden.
Rauheitsgrad
Laser-Reinigungssysteme können sowohl zum Reinigen als auch zum Aufrauen von Oberflächen eingesetzt werden und bieten eine vollständige Oberflächenvorbereitung, die für Anwendungen wie das Kleben erforderlich ist. Im Gegensatz dazu kann die Plasmareinigung nur zur Entfernung von Verunreinigungen eingesetzt werden.
Schlussfolgerung
Die Plasmatechnologie war einst die beste Methode für Reinigungsanwendungen, bei denen Lösungsmittel, Schleifmittel und Chemikalien vermieden werden mussten. Die Lasertechnik hat sich seither rasant weiterentwickelt und erzielt heute bessere Ergebnisse.
Viele Hersteller sind dazu übergegangen, die Plasmareinigung durch die Lasertechnologie zu ersetzen, um ihre Produktionsanforderungen hinsichtlich Geschwindigkeit und Konsistenz zu erfüllen.
