Wie benutzt man einen Laserschweißer?

Die Vielseitigkeit der Laserreinigungstechnologie

Die Laserreinigung hat sich von einer Labor-Kuriosität zu einer etablierten industriellen Anwendung entwickelt. Das Prinzip ist einfach: Hochenergetische Laserpulse verdampfen Oberflächenverunreinigungen, ohne das darunterliegende Substrat zu beschädigen. Was diese Technologie bemerkenswert macht, ist die breite Palette an behandelbaren Materialien – von empfindlichen Museumsartefakten bis hin zu schwerer Industriemaschinerie. Ein Verständnis dessen, was mit dem Laser gereinigt werden kann, hilft Werkstattbetreibern bei der Entscheidung zwischen einem spezialisierten Reinigungssystem und einem multifunktionalen Laser-Schweißgerät mit Reinigungsfunktion.

Wie Laserreinigung funktioniert

Der Reinigungsprozess beruht auf selektiver Absorption. Der Laserpuls wird von der Verunreinigung – Rost, Farbe, Öl, Oxid – absorbiert und führt so zu einer sofortigen Verdampfung. Der Grundwerkstoff absorbiert bei derselben Wellenlänge weniger Energie und bleibt daher weitgehend unbeeinflusst. Gepulste Faserlaser im Leistungsbereich von 50 bis 500 Watt dominieren die Reinigungsanwendungen. Die Pulsdauer, gemessen in Nanosekunden, bestimmt, ob die Energie an der Oberfläche verbleibt oder tiefer eindringt. Ein Laser-Schweißgerät mit einstellbaren Pulsspezifikationen erfüllt gleichzeitig auch Reinigungsaufgaben – eine Effizienzsteigerung, die kleinere Fertigungsbetriebe zunehmend nutzen.

Materialien, die gut ansprechen

Kohlenstoffstahl und Edelstahl sind die am häufigsten verwendeten Grundwerkstoffe. Die Entfernung von Rost ist die wichtigste Einzelanwendung. Eine rostige Stahlplatte, die normalerweise 30 Minuten Sandstrahlen erfordert, kann mittels Laserreinigung innerhalb von 5 bis 8 Minuten ohne sekundären Abfall gereinigt werden. Edelstahl profitiert besonders davon, da die Laserreinigung keine Kohlenstoffpartikel einbettet – im Gegensatz zu abrasiven Verfahren, bei denen dies häufig vorkommt.

Aluminium und Kupfer sind bei Infrarotwellenlängen stark reflektierend, doch ihre Oxidschichten absorbieren mehr Energie, wodurch eine selektive Entfernung möglich ist. Bei der Laserreinigung von Aluminium vor dem Schweißen wird die Oxidschicht entfernt, die zu Schweissporosität führt. Viele Anlagen führen diesen Vorgang mit einem Laserschweißgerät durch, das zwischen Reinigen und Schweißen umschaltet, ohne das Werkstück zu bewegen.

Werkzeugstähle und Gusseisen eignen sich gut für die Wartung von Formen. In Spritzgussformhohlräumen sammeln sich im Laufe der Produktionszyklen verkohlte Rückstände an. Die Laserreinigung entfernt diese Rückstände, ohne die Geometrie der Hohlräume zu verändern – abrasive Verfahren beeinflussen diese zwangsläufig.

Materialien, die eine sorgfältige Parametersteuerung erfordern

Gestrichene und beschichtete Oberflächen

Mehrschichtige Lacksysteme erfordern sequenzielle Durchgänge mit unterschiedlichen Leistungsdichten. Der Decklack absorbiert anders als die Grundierung, sodass keine einzige Einstellung beide effizient reinigt. Die Bediener sollten mit einem Testfeld niedriger Leistung beginnen und diese schrittweise erhöhen. Ein Laserschweißgerät, das auch zum Reinigen eingesetzt wird, sollte mindestens fünf voreingestellte Parameterprofile für verschiedene Lacksysteme speichern.

Verbundwerkstoffe und Polymere

Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff ist laserreinigbar, erfordert jedoch die sorgfältigste Parametersteuerung. Die Reinigungsschwelle muss unter der Schädigungsschwelle des Verbundwerkstoffs liegen – ein sehr geringer Spielraum. Luft- und Raumfahrtunternehmen haben Kohlenstofffaserverbundplatten erfolgreich mit 100-Nanosekunden-Pulsen bei präzise kalibrierten Energiedichten laserreinigt und dabei Lack entfernt, ohne die Fasern zu beschädigen.

Grundsätzlich ungeeignete Materialien

Weiße Keramiken neigen dazu, unter thermischem Schock durch Laserpulse zu reißen. Durchsichtiges Glas lässt den Großteil der Energie hindurch, anstatt sie an Oberflächenverunreinigungen zu absorbieren. Verzinkter Stahl mit dicken Zinkschichten stellt eine Herausforderung dar, da die Zinkdämpfe Absaugsysteme erfordern, über die viele Anlagen nicht verfügen.

Ein praktischer Fall: Werkzeugwartung in einer Automobil-Pressehalle

Ein Automobil-Stanzzulieferer der Stufe 1 in Mexiko betrieb 14 Presslinien, bei denen täglich die Werkzeuge gereinigt werden mussten, um Ablagerungen des Umformmittels zu entfernen. Die manuelle abrasive Reinigung erforderte wöchentlich 32 Arbeitsstunden und verschleißte nach und nach die Werkzeugradien, sodass eine Nachbearbeitung alle 18 Monate statt wie ursprünglich geplant alle 36 Monate erforderlich war.

Der Zulieferer führte ein Lasersystem zur Werkzeugreinigung ein, das in einen vorhandenen Laser-Schweißroboter integriert wurde – dieselbe Faserlasersquelle versorgte beide Prozesse über einen umschaltbaren Strahlweg. Die Reinigungszeit pro Linie sank von 2,5 Stunden auf 45 Minuten. Der Personalaufwand reduzierte sich auf einen einzigen Bediener, der im Wechsel alle 14 Linien betreute. Die Intervalle für die Werkzeugnachbearbeitung kehrten auf die vorgeschriebene Dauer von 36 Monaten zurück. Das gemeinsame Laserschweiß- und -reinigungssystem amortisierte sich innerhalb von 10 Monaten durch Einsparungen bei den Personalkosten und einer verlängerten Werkzeuglebensdauer.

Bewertung der Laserreinigung für Ihren Betrieb

Die entscheidende Frage ist, ob ein vorhandener Laser-Schweißroboter durch ein Upgrade der Strahlführung auch für die Reinigung genutzt werden kann. Betriebe, die sowohl Schweiß- als auch Reinigungsarbeiten an ähnlichen Materialien durchführen, profitieren von kombinierten Systemen. Einzelanlagen mit hohem Reinigungsaufkommen – mehr als 50 Quadratfuß pro Schicht – rechtfertigen in der Regel ein dediziertes System. Die Norm ISO 8501-1 legt einen Standard für die Oberflächenreinheit fest, den die Laserreinigung bei den meisten Anwendungen erfüllt oder sogar übertrifft und der Qualitätssicherungsteams eine Referenzgröße für die Ergebnisse bietet.

Häufig gestellte Fragen

Kann ein Laserschweißgerät auch effektiv zur Laserreinigung eingesetzt werden?

Viele Faserlaserschweißgeräte mit einstellbaren Pulsparametern können mit geeigneten Scanoptiken ebenfalls als Reinigungssysteme genutzt werden. Die Anforderungen an die Laserquelle überschneiden sich stark – gepulste Betriebsarten im Leistungsbereich von 50 bis 500 Watt eignen sich für beide Anwendungen. TY Laser bietet Mehrzwecksysteme, die speziell für diese Doppelfunktion konzipiert sind.

Wie schneidet die Laserreinigung im Vergleich zum Strahlmittelstrahlen hinsichtlich der Kosten ab?

Die Laserreinigung eliminiert die Kosten für den Kauf und die Entsorgung von Reinigungsmedien, die 40 bis 60 Prozent der Betriebskosten für Sandstrahlen ausmachen. Die Anschaffungskosten für die Geräte sind zwar höher, doch bei Anwendungen mit mehr als 500 Quadratfuß pro Monat sind die Kosten pro Quadratfuß geringer.

Welche maximale Rostdicke kann mittels Laserreinigung entfernt werden?

Leichter bis mäßiger Rost mit einer Dicke von bis zu 0,2 Millimetern wird in einem Durchgang entfernt. Stärkere Korrosion erfordert mehrere Durchgänge. Bei starkem Rost mit einer Dicke über 0,5 Millimetern kann eine vorherige Reduzierung mittels mechanischer Verfahren kosteneffizienter sein, bevor die endgültige Laserreinigung erfolgt.

Beschädigt die Laserreinigung die darunterliegende Metalloberfläche?

Bei korrekten Einstellungen entfernt die Laserreinigung weniger als 1 Mikrometer Grundmaterial pro Durchgang – praktisch vernachlässigbar. Falsche Einstellungen mit zu hoher Leistungsdichte können jedoch zum Aufschmelzen der Oberfläche führen. Die Ermittlung der optimalen Parameter an Probenmaterial ist Standardpraxis.

In welchen Branchen wird die Laserreinigung am umfassendsten eingesetzt?

Die Automobilfertigung, die Wartung von Luft- und Raumfahrtgeräten, der Werkzeug- und Formenbau sowie die Schiffsreparatur sind die Bereiche mit der höchsten Akzeptanzrate. Die Oberflächenvorbereitung vor dem Schweißen ist die am schnellsten wachsende Anwendung – die Laserreinigung verbessert die Schweißqualität, während ein einzelner Laserschweißer beide Operationen durchführen kann.

Ist die Laserreinigung für Oberflächen geeignet, die mit Lebensmitteln in Kontakt kommen?

Die Laserreinigung hinterlässt keine chemischen Rückstände und führt nicht zur Einlagerung fremder Partikel. Edelstahl-Ausrüstung für die Lebensmittelverarbeitung, die mittels Laser gereinigt wurde, besteht bakterielle Haftungstests auf einem Niveau, das vergleichbar mit elektropolierten Oberflächen ist.