Die fünf Schritte der Laserreinigung

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

Die industrielle Reinigung, wie beispielsweise Rost von alten Stahlteilen zu entfernen, 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 weitere Einsätze aufzubereiten kann also manchmal die bessere Entscheidung sein. Da dieser Weg allerdings oft mit erheblichen Kosten verbunden ist, wird das Laserreinigen als mögliche Lösung vorgeschlagen.

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

 

Erzählen Sie uns von Ihrem Anwendungsbereich

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 von einem Laserstrahl entfernt. Tatsächlich handelt es sich hierbei um die gleiche schonende Lasertechnik, die bei der Laser-Entrostung von Stahl und anderen Materialien zum Einsatz kommt. Dabei werden Molekülbindungen in der Staub- oder Rostschicht aufgebrochen und die Verunreinigung vom Grundmaterial entfernt. Im Allgemeinen kann man es sich 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 ist der Vergleich mit dem Wurf eines Balls über eine Wand. Wirft man den Ball nicht hoch genug, wird er es auch nicht über die Mauer schaffen. Selbst wenn man diesen Vorgang mehrfach wiederholt, wird sich am Ergebnis nichts ändern, dass der Ball es nicht auf die andere Seite schafft. Das gilt ebenso für den Abtragprozess von Rost mittels Laser. Man kann den Laserstrahl beliebig oft ansetzen. Aber solange dessen Energie unterhalb der Schwelle liegt, die notwendig ist, um eine Auswirkung auf das jeweilige Material zu haben, 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. Es ist möglich, bei der Entfernung eines Materials äußerst selektiv vorzugehen

Zur Erklärung dieser zweiten These bedienen wir uns der gleichen Analogie. Man stelle sich vor, hinter der ersten Wand befindet sich eine zweite, höhere Wand. Der Ball wird nun mit genügend Energie geworfen, dass er es über die erste Wand schafft. Die Energie reicht aber nicht aus, dass er es auch über die zweite Wand schafft. Der Ball wird von der zweiten Wand abprallen und zwischen die beiden Wände 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 Wand 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 zwischen zwei oder mehreren Material zu unterscheiden. Besteht eine ausreichend große Differenz zwischen den Abtragsschwellen der Materialien, ist es in der Folge 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 Rost komplett zu verdampfen, ohne dass dabei der darunterliegende Stahl beschädigt wird. Die Energie ist nicht ausreichend, um Schäden zu verursachen.

3. Starke und kurze Energieimpulse sind gleichbedeutend mit schnellerer Entfernung

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 die Geschwindigkeit der Entfernung erhöhen. 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 - die Geschwindigkeit des Prozesses unterscheidet sich recht deutlich in Abhängigkeit der ausgewählten Methodik.

Abb. 2 - Grafik: Relation zwischen der Entfernungsgeschwindigkeit 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 bietet eine höhere Entfernungsgeschwindigkeit als mit einem kontinuierlichen 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 hinzu kommt: Da weder Lösungsmittel noch chemische Produkte zum Einsatz kommen, ist Laserabtrag eine der sichersten Lösungen zur Entrostung. Folglich gibt es auch keinen chemischen Abfall durch Reinigungsmittel, der einer weiteren Bearbeitung 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: die Entfernung von verbrannten Gummirückständen aus Gießformen für Reifen; alte Pipelines aufbereiten; Rohre in Kernkraftwerken reinigen; entlacken  große Projekte wie beispielsweise Lack von einer verrosteten Brücke entfernen und die Oberflächenvorbereitung vor dem Schweißen. Diese Technologie kann folglich in den unterschiedlichsten Anwendungsbereichen zum Einsatz kommen. Die einzige Einschränkung stellt die Fähigkeit dar, zwischen den richtigen Abtragsschwellen des zu entfernenden und des zu schützenden Materials zu unterscheiden.

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 Reinigungsaufgaben zu überwinden. Neben der Möglichkeit, ein spezifisches, zu entfernendes Material auszuwählen, stellen Laserstrahlen eine schnelle Lösung nach dem Motto "einstellen und vergessen" für viele verschiedene Industrien dar.

Da das industrieübergreifende Interesse an diesem Thema stetig zunimmt, sollten Sie dranbleiben für mehr Blogbeiträge 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.

 

 

Erzählen Sie uns von Ihrem Anwendungsbereich