Zandstralen met licht

Zandstralen met de snelheid van het licht: Fraunhofer IWS gebruikt hoogenergetisch licht in plaats van zandkorrels om bijvoorbeeld het oppervlak van remschijven te reinigen en op te ruwen. Voor dit doel hebben onderzoekers een op laser gebaseerd proces ontwikkeld dat reinigings- en structureringstaken aanzienlijk sneller realiseert dan conventionele processen en moet resulteren in lagere bedrijfskosten bij serieproductie.

Laserstralen kunnen oppervlakken nauwkeuriger, kosteneffectiever en milieuvriendelijker reinigen en structureren dan conventionele systemen. Dat stelt het Fraunhofer Institute for Material and Beam Technology IWS, dat hiervoor de technologie Lightblast heeft ontwikkeld, die nu wordt overgedragen aan de halfgeleiderproductie, de automobieltoelevering en andere industrieën.

De onderzoekers zien een aanzienlijk ecologisch en economisch potentieel: “Dit is als zandstralen met de snelheid van het licht”, zegt Patrick Herwig, hoofd van de Laser Cutting Group. “Zo stellen we de industrie in staat om apparatuur en componenten sneller, milieuvriendelijker en schoner te verwerken dan voorheen. Gezien de hele productieketen is ons proces bij serieproductie goedkoper dan klassiek zandstralen. We zijn er zeker van dat lasertechnologie zijn vruchten zal afwerpen voor bedrijven.”

Fraunhofer IWS bereidt momenteel met verschillende eindgebruikers eerste toepassingsvoorbeelden voor. Lasersystemen zouden daar binnenkort de zandstraalsystemen stap voor stap kunnen vervangen.

Energierijk licht vervangt zandkorrels

Het marktpotentieel is aanzienlijk. Het aantal industrieën dat klassieke zandstraalsystemen gebruikt, neemt toe. Ze verwijderen niet alleen verontreinigingen van een grote verscheidenheid aan componenten, maar ze ruwen ze ook op een gedefinieerde manier op voorafgaand aan het coaten, wat het resultaat van het coatingprocesverbetert. Af en toe worden zanddeeltjes echter ingebed in het behandelde oppervlak, waar ze zelfs na intensieve reiniging als een defect achterblijven.

Bij conventionele processen versnelt een straal samengeperste lucht zand met hoge snelheid op het doeloppervlak. De scherpgerande zanddeeltjes scheuren delen van het oppervlak weg, waardoor de scherpe randen wegslijten en zich vermengen met het ontstane stof. Bij elk gebruik vervuilt het straalmiddel meer en slijt het zand. Het resultaat verslechtert daardoor continu. Uiteindelijk moet het mengsel als bijzonder afval worden afgevoerd.

Lightblast realiseert de reinigings- en opruwtaken sneller dan conventionele processen en zou moeten resulteren in lagere bedrijfskosten bij serieproductie. Het proces is eenvoudiger te automatiseren en werkt nauwkeuriger dan een zandstraalsysteem, omdat een laserstraal met een diameter van minder dan 50 micrometer een centimeters brede deeltjesstroom vervangt. Hoe ruw het oppervlak wordt, kan daardoor zeer fijn worden afgesteld.

Milieuhulp

Lightblast gebruikt geen chemicaliën voor de reiniging. Het laserstraalsysteem bewerkt nauwkeurig alleen de gewenste oppervlakken, verbruikt geen zand of materiaal en bespaart zo afval, ook van plakband. De laserstraal verdampt delen van het oppervlak, de uitzettende damp voert vaste componenten af ​​en bereikt de gedefinieerde ruwheid.

Verschillende industriële bedrijven hebben deze en andere voordelen van licht zandstralen al erkend. Samen met de Fraunhofer-onderzoekers willen ze de technologie nu geleidelijk naar de productiepraktijk overbrengen. Zo ontwikkelen Fraunhofer IWS en een partner het proces voor het structureren van coatings van harde materialen door middel van lasertechnologie en om het afwerkingsproces op het gebied van kosten en milieuvriendelijkheid drastisch te verbeteren.

“Elke remschijf is anders”, zegt René Bischoff, CEO van C4 Laser Technology uit Freital bij Dresden. “Factoren zoals de chemische samenstelling van het materiaal, de afkoelsnelheden, de toestand van de bewerkingsgereedschappen of de grafietstructuur nabij het oppervlak zijn slechts enkele parameters die een aanzienlijke invloed uitoefenen op het coatingproces van grijs gietijzeren oppervlakken. Samen met Fraunhofer IWS hebben we een manier gevonden om de oppervlakteconditie van de wrijvingsband van de onbewerkte remschijf vóór het coaten te standaardiseren. Zo zijn we erin geslaagd om het normalisatieproces zowel volledig automatiseerbaar als kostenefficiënt te maken en de procescapaciteit te vergroten.”

Als onderdeel van de productieketen draagt ​​het proces zo bij aan een betaalbare remschijf waarvan de aanzienlijk langere levensduur ervoor zorgt dat er in de toekomst minder fijnstof in het wegverkeer wordt geproduceerd.

Het instituut in Dresden levert onder meer zijn expertise in het ontwerpen van op laser gebaseerde productieprocessen en in softwareontwikkeling voor procesbesturing. Over het algemeen kan de nieuwe methode overal worden toegepast waar componenten moeten worden gereinigd, voorgestructureerd of opgeruwd voor latere coating. Hiervoor worden verdere ontwikkelstappen gepland.