Die fünf Schritte der Laserreinigung

Die Laserreinigung beschreibt den Prozess zur Entfernung von Verunreinigungen wie zum Beispiel Rost, Öl, Oxide etc. von Stahl und anderen Oberflächen mittels Lasertechnologie. Laserreinigen funktioniert durch Laserabtrag. Dieser erlaubt die selektive Entfernung von Verunreinigungen mit geringer Auswirkung auf das Grundmaterial.

Die industrielle Reinigung, wie beispielsweise die Befreiung alter Stahlteile von Rost, kann ein mühsamer Prozess sein. Auch das Entfernen von Lack und Öl von Metallteilen kann lästig sein. Für diese Prozesse sind zudem oft chemische, auf das zu entfernende Material abgestimmte Lösungsmittel notwendig. Ein altes Teil auszutauschen, anstatt es für den weiteren Einsatz aufzubereiten, kann demnach manchmal die bessere Entscheidung sein. Da dieser Weg allerdings oft mit erheblichen Kosten verbunden ist, wird die Laserreinigungn als mögliche Lösung vorgeschlagen.

Wahrscheinlich ist noch nicht jedem bekannt, was ein Laser eigentlich bei der Entfernung von Rost macht. Es bestehen bei vielen vermutlich sogar Zweifel hinsichtlich der Aussagen rund um diese Reinigungsmethode. Damit einher gehen berechtigte Fragen, die es zu beantworten gilt. Darum finden sich hier alle wichtigen Fakten rund um diesen neuen Anwendungsbereich der Lasertechnologie.

 

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1. Alle Materialien haben eine Abtragsschwelle

Beim Laserabtrag wird entweder eine Schicht eines Materials oder ein Material, das sich auf einer vorliegenden Oberfläche abgelagert hat, mit Hilfe eines Laserstrahls entfernt. Tatsächlich handelt es sich hierbei um die gleiche schonende Lasertechnik, die beim Entrosten von Stahl und anderen Materialien mittels Laserlicht zum Einsatz kommt. Dabei werden Molekülbindungen in der Staub- oder Rostschicht aufgebrochen und die Verunreinigung vom Grundmaterial entfernt. Im Allgemeinen kann sich dies folgendermaßen vorstellen: Die zu entfernende Schicht verdampft durch den Einsatz eines Laserstrahls.

Abb. 1 – Laserabtrag

Ein einfaches Bild zur Erklärung der Wichtigkeit des Schwellenwerts eines Lasers bietet der Vergleich mit dem Wurf eines Balls über eine Mauer. Wenn der Ball nicht hoch genug geworfen wird, schafft er es auch nicht über die Mauer. Selbst wenn man diesen Vorgang mehrfach wiederholt, ändert sich am Ergebnis, dass der Ball es nicht auf die andere Seite schafft, nichts. Das gilt ebenso für Rostentfernung mittels Laser. Der Laserstrahl kann beliebig oft angesetzt werden,  doch solange dessen Energie unterhalb der Schwelle liegt, die für eine Auswirkung auf das jeweilige Material notwendig ist, wird sich nichts verändern.

Da jedes Material unterschiedliche Eigenschaften und somit auch unterschiedliche Molekülverbindungen aufweist, hat jedes Material dementsprechend eine spezifische Abtragsschwelle. Für eine erfolgreiche Entfernung von Beschichtungen eines vorliegenden Materials ist es folglich wichtig, dass die vom Laserstrahl übertragene Energie größer ist als die Abtragsschwelle des abzutragenden Materials.

2. Bei der Entfernung eines Materials kann äußerst selektiv vorgegangen werden

Zur Erklärung dieser zweiten These bedienen wir uns der gleichen Analogie. Man stelle sich vor, hinter der ersten Mauer  befände sich eine zweite, höhere Mauer. Der Ball wird nun mit ausreichend Energie geworfen, dass er es über die erste Mauer schafft. Die Energie reicht aber nicht aus, damit er es auch über die zweite Mauer schafft. Der Ball wird von der zweiten Mauer abprallen und zwischen die beiden Mauern fallen. Auch hier lautet die Quintessenz: Egal, wie oft man den Ball wirft, das Ergebnis wird immer gleich sein. Der Ball wird es über die erste Mauer schaffen, aber nicht über die zweite.

Wie bereits beschrieben, hat jedes Material eine spezifische Abtragsschwelle. Dadurch ist es möglich, bei der Entfernung unerwünschter Schichten von einem Objekt zwei oder mehrere Materialien zu unterscheiden. Besteht eine ausreichend große Differenz zwischen den Abtragsschwellen der Materialien, ist es demnach möglich, ein Material zu bestimmen, das entfernt werden soll (das mit der niedrigeren Abtragsschwelle), während das andere Material unberührt bleibt.

So ist zum Beispiel die Abtragsschwelle von Rost deutlich niedriger als die Schwellenwerte von gängigen Metallen wie Aluminium oder Stahl. Dasselbe gilt für die Schwellenwerte von Lack oder Öl im Vergleich zu den Schwellenwerten von verschiedenen Metallen. Es ist diese große Differenz zwischen den beiden Werten, die es erlaubt, dass der Rost komplett verdampft, ohne dass dabei der darunterliegende Stahl beschädigt wird. Die Energie ist nicht ausreichend, um Schäden zu verursachen.

3. Starke und kurze Energieimpulse ermöglichen ein schnelleres Entfernen

Als Analogie zum Laserabtrag kann man sich vorstellen, wie ein Stein mit Hammer und Meißel graviert werden soll. Man kann einen kleinen Hammer verwenden und damit viele kleine Schläge auf den Meißel ausführen. Man kann aber auch einfach einen größeren Hammer einsetzen. Mit diesem lässt sich mehr Kraft übertragen und gleichzeitig die Anzahl der notwendigen Schläge reduzieren und den Entfernungsvorgang beschleunigen. Dieses Prinzip gilt auch für die Laserreinigung, allerdings soll hier nur eine Materialschicht entfernt werden: die Verunreinigung.

Es stehen verschiedene Methoden zur Entfernung einer jeden Schicht zur Verfügung. Der Laserstrahl ist dabei entweder ein kontinuierlicher Lichtstreifen oder er ist gepulst auf eine vorgegebene Einschaltdauer. Auch wenn das Endergebnis praktisch identisch ist, unterscheidet sich die Geschwindigkeit des Prozesses recht deutlich in Abhängigkeit der ausgewählten Methodik.

Abb. 2 – Grafik: Relation Zwischen Der Dauer Des Entfernens Und Der Leistung Des Laserstrahls

Für einen vorgegebenen Oberflächenbereich bedeutet die gleiche Energie in einem kürzeren Puls eine Steigerung der Leistung. Auch hier lässt sich wieder das Beispiel des großen Hammers anbringen. Die Methodik mit Pulslaser ist effizienter und entfernt schneller als ein kontinuierlicher Strahl. Während der gepulste Laserstrahl die Reinigung schneller vornimmt, stellt er auch sicher, dass das darunterliegende Material (üblicherweise ein Metall) nicht zu sehr erwärmt wird. Die oben abgebildete Grafik zeigt die Unterschiede zwischen den beiden Prozessen.

4. Laserreinigung benötigt keine Verbrauchsstoffe und ist umweltfreundlich

Da bei dieser Methode die zu entfernende Schicht mit einem Laserstrahl verdampft wird, benötigt diese Reinigungstechnologie buchstäblich keine Verbrauchsstoffe. Hier zeigen sich die Vorzüge eines Lasers: Er benötigt lediglich einen Netzstecker und ist einsatzbereit.

Was noch hinzukommt: Da weder Lösungsmittel noch chemische Produkte zum Einsatz kommen, ist der Laserabtrag eine der sichersten Lösungen zur Entrostung. Folglich gibt es auch keinen chemischen Abfall durch Reinigungsmittel, der einer weiteren Maßnahme bedarf. Auch die Gefahren für Mitarbeiter beim Arbeiten an Lasermaschinen können auf ein Minimum reduziert werden, da diese Maschinen aufgrund ihres Designs die entsprechenden Sicherheitsstandards erfüllen. Mehr Informationen zu den Sicherheitsstandards für Laser können in unserem Blogbeitrag nachgelesen werden. Mitarbeiter benötigen keine umständliche persönliche Schutzausrüstung (PSA) und müssen sich auch nicht mit nervigen Chemikalien auseinandersetzen. Folglich ist dies eine Win-win-Situation für alle Beteiligten.

5. Das Thema Laserreinigung ist für verschiedene industrielle Prozesse von Interesse

Verschiedenste Anwendungen können von der Technologie der Laserreinigung profitieren, so lassen sich verbrannte Gummirückstände aus Gießformen für Reifen entfernen; alte Pipelines aufbereiten; Rohre in Kernkraftwerken reinigen; große Projekte wie beispielsweise Lack von einer verrosteten Brücke entfernen und Oberflächen vor dem Schweißen vorbereiten. Diese Technologie kann folglich in den unterschiedlichsten Anwendungsbereichen zum Einsatz kommen. Die einzige Einschränkung liegt darin, zwischen den richtigen Abtragsschwellen des zu entfernenden und des zu schützenden Materials unterscheiden zu können.

Zusammenfassung

Allgemein lässt sich festhalten, dass die Laserreinigung von Stahl als aufstrebende Technologie das Potenzial hat, die Probleme bei der Entrostung, Entlackung und bei industriellen Reinigungsmaßnahmen zu überwinden. Neben der Möglichkeit, ein spezifisches, zu entfernendes Material auszuwählen, stellen Laserstrahlen eine schnelle Lösung für viele verschiedene Industrien dar, die lediglich einmal eingerichtet werden muss und dann einsatzbereit ist.

Da das industrieübergreifende Interesse an diesem Thema stetig zunimmt, halten Sie Ausschau nach mehr Blogbeiträgen zu diesem Thema. Sollten Sie in der Zwischenzeit Fragen haben, können Sie sich gerne jederzeit an einen unserer Experten wenden. Das nachfolgende Video zeigt ein Laserax-Reinigungssystem bei der Arbeit.

 

Abb. 3 – Videovorführung: Entrostung Eines Stahlzylinders

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