Ablative Laserverfahren in der Oberflächentechnik

Als Laserablation bezeichnet man das Abtragen von Material von einer Oberfläche durch Beschuss mit Laserstrahlung. 4JET hat in unterschiedlichen Industrieprojekten die Vorteile dieser berührungslosen Oberflächenbearbeitung umgesetzt. Zum Einsatz kommen dabei insbesondere gepulste Laser.

Beispiele für Laserablation

Laserentlackung
Bauteil nach KTL-Entlackung

Bauteil nach KTL-Entlackung
Bauteil nach KTL-Entlackung

Eine Innenbearbeitungs-Drehoptik ermöglicht die
KTL-Entlackung eines Zylinders mit kleinem
Durchmesser

Um Bauteile mit einem hochwertigen Korrosionsschutz zu versehen, erhalten sie eine KTL Lackierung. In bestimmten Bereichen – wie zum Beispiel im Bereich der Lagersitze von Radnaben – darf jedoch keine KTL-Schicht auf dem Bauteil sein. Herkömmlich wurden die Bauteile vor dem Lackieren entsprechend maskiert. Dies ist jedoch sehr aufwendig und es kann nicht ausgeschlossen werden, dass KTL-Lack unter die Maske fließt. Genau hier liegen die Vorteile der KTL-Entlackung mittels Laser. Das Bauteil wird dabei zunächst vollflächig lackiert. Ein gepulster Festkörperlaser trägt dann selektiv die KTL-Schicht in den jeweiligen Bereichen ab und legt sie frei. Die unter dem KTL-Lack liegenden Schichten – beispielsweise Zinkphoshat – wird dabei nicht angegriffen.

Laserentschichtung

Rückstandsfreie Laserentschichtung von PA-Rohren

Galvanisch beschichtete Rohrleitungen für Kupplungs-und Bremssysteme werden zunächst vollflächig über die gesamte Länge mit einer PA- oder PVF-Schicht versehen. Nach dem Ablängen müssen jeweils beide Enden der Rohrstücke von der Kunststoffbeschichtung befreit werden. Mechanische Abtragsverfahren verursachen dabei Beschädigungen der galvanischen Beschichtung des Grundrohres oder es bleiben Kunststoffreste am Rohr, welche zu einer Verschmutzung im Hydrauliksystem führen können. Laser dagegen arbeiten berührungslos und tragen die dünne PA- oder PVF-Schicht komplett bis auf das galvanisch beschichtete Grundrohr ab, ohne es zu beschädigen.

Das Prinzip der Laserablation

Das gepulste und fokussierte Licht trifft mit Energiedichten von einigen J/cm² und Spitzenleistungen im MW-Bereich auf die zu verarbeitende Oberfläche. Die schlagartig eingebrachte Energie kann sich nicht ausbreiten und sprengt das zu entfernende Material in einem kleinen Bereich explosionsartig ab. Die Einwirkzone entspricht dabei der Größe des Laser-Strahlflecks auf der Oberfläche, die Eindringtiefe liegt je nach Anwendung bei wenigen µm pro Puls. Indem dieser Prozess vielfach pro Sekunde wiederholt wird, lässt sich eine Oberfläche Puls für Puls freilegen. Durch optische Scansysteme werden die Strahlflecken aneinandergesetzt, um eine größere zusammenhängende Fläche zu bearbeiten.

Es lassen sich sowohl organische Deckschichten als auch Metalle entfernen. Aufgrund der vergleichsweise schlechten Absorption des kurzwelligen Lichts in organischen Deckschichten findet der Abtrag teilweise nicht durch das schichtweise Ablatieren „von oben nach unten“ statt, sondern indem die Laserstrahlung erst auf dem Trägerwerkstoff und damit unter der zu entfernenden Schicht absorbiert wird und diese „von unten“ abhebt.

Das abgesprengte Material – in der Regel feiner Staub und Gas – wird lokal abgesaugt und einem Filter zugeführt. Das Laserlicht wird vom Trägerwerkstoff – beispielsweise einer Vulkanisierform aus Aluminium – in der kurzen Pulsdauer – kaum absorbiert. Dadurch kommt es zu keiner thermischen Beeinträchtigung des Trägermaterials. Insbesondere organische Materialien lassen sich daher gut von Oberflächen entfernen. Darüber hinaus können aber auch mineralische Schichten wie Oxide und Keramiken bearbeitet werden.

Wesentliche Vorteile der Laserablation

  • Trockenes Verfahren, das Lösungsmittel oder Strahlgut eliminiert
  • Keinerlei zu entsorgende Verbrauchsmaterialien
  • Hohe Prozess-Sicherheit und Wiederholbarkeit
  • Kompakter Footprint
  • Selektivität des Prozesses – die Bearbeitungsbereiche lassen sich im Gegensatz zu nassen Prozessen genau definieren und auf die zu reinigenden Flächen minimieren
  • Keinerlei mechanische oder chemische Beeinträchtigung des Trägermaterials

Je nach Einsatzgebiet und genauer Anforderung entwickeln wir Sondermaschinen für die Laserablation. Dazu implementieren wir unsere Technik in Gesamtlösungen inklusive Bauteilhandling, Nebenprozessen und Qualitätsprozessen.