Leštění povrchu laserem

• | Tisk |

Podrobnosti

Vytvořeno 07. květen 2009

Napsal MM Průmyslové spektrum

Dynamický rozvoj laserové techniky a laserových technologií může přinést žádoucí změnu i do tohoto procesu a dosáhnout určitého stupně automatizace a nárůstu produktivity i zde.

Naznačily to již zkušenosti získané s laserem při čištění a odstraňování povrchových vrstev. Tyto metody se dnes už běžně používají např. při odmašťování povrchu či jeho čištění od rzi nebo starých nátěrů. Letecká společnost Lufthansa zavedla ve spolupráci s firmou SLCR Lasertechnik GmbH (Selective Laser Coating Removal) čištění laserem dokonce i pro čištění křídel a trupu velkých dopravních letadel.

Pulzní lasery

Ke všem těmto postupům odstraňování vrstev nebo čištění povrchu se většinou používá pulzních laserů s mikrosekundovou, případně i nanosekundovou délkou trvání paprsku, kdy jeho absorpcí v povrchové vrstvě a odpařením nežádoucích částic nemůže ještě dojít k tepelnému ovlivnění struktury základního materiálu. Energií pulzu paprsku, jeho délkou a pohybem samotného laseru je možné ovládat hloubku odpařované vrstvy i průběh celkového rozsahu úpravy.  
 
Od technologie čištění má však leštění laserem přece jen některé odlišnosti. Spočívají v přetavení sice také tenké povrchové vrstvy (≤100 µm), ale s cílem jejího povrchového leštění a vyhlazení za působení povrchového pnutí. Většinou jde o leštění kovových materiálů, zvláště pak nástrojových ocelí za použití pevnolátkových Nd:YAG a Nd:YVO4 laserů. K určitým procesním odlišnostem dochází za provozu těchto laserů buď v trvalém nebo pulzním režimu, kde při pulzním vedle přetavení vrstvy se částečně nejvyšší nerovnosti povrchu odpaří. Laserovým leštěním se dosahuje výrazného snížení drsnosti obráběných povrchů s Ra 1–3 µm na přibližně Ra 0,1 až  0,2 µm, bezdefektního povrchu a povrchu bez mikroskopických zbytků lešticích prostředků, což bývá obvyklé při mechanickém leštění. Výhodou je i možnost selektivního leštění ploch a možnost vícestupňového procesu, po ekonomické stránce vyšší produktivita procesu a možnost jeho automatizace.

Dobrých praktických výsledků se s laserovým leštěním dosáhlo např. u tvářecích nástrojů a forem při zpracování plastů, pryže nebo skla. Přetavená vyleštěná povrchová vrstva u takové nástrojové oceli (ozn. 1.2343) dosahuje tvrdosti 60 HRC a je bez trhlinek. Pokud je třeba dojít k ještě vyššímu snížení drsnosti, než jakého se dosáhne samotným laserovým leštěním, lze postup laserového leštění považovat za základní a v hybridním procesu ho kombinovat s dodatečným krátkým manuálním postupem a dosáhnout tak drsnosti povrchu Ra až 0,05 µm.

Porovnání soustruženého a laserem leštěného povrchu. Na mikroskopickém snímku jsou u leštěné plochy zřetelné přeplátované stopy pohybu laserového nástroje, které pouhým okem nejsou nikterak viditelné.

Projekt Polar      

V Německu, kde se rodí většina průmyslových laserových technologií, je hledání vhodné laserové metody leštění povrchu námětem projektu Polar, podporovaného Spolkovým ministerstvem pro výzkum a vzdělávání BMBF. Nositelem úkolu je Forschungszentrum Karlsruhe a předním realizátorem úkolu pak Fraunhofer Institut für Lasertechnik ILT, kde za spolupráce některých dalších organizací byl vyvinut i automatizovaný postup leštění s využitím laseru, laserového skeneru a systému řízení s napojením na data CAD/CAM.

Za základ využívá provedení frézovacího centra firmy Hermle, kde jsou vestavěné všechny nutné další prvky systému, včetně pracovní komory, kde k leštění povrchu může dojít pod ochrannou atmosférou pracovního plynu, bránící oxidaci leštěného povrchu. Na úkolu se podílí i firma EdgeWave s vývojem pevnolátkových „slab“ laserů  (jejich krystal má deskovou formu, oproti válečkovité formě u klasických pevnolátkových laserů, což dává dobrou možnost chlazení) s kvalitou laserového paprsku vhodnou i pro leštění velmi jemných, filigránských dílů. V konkrétním řešení sytému je použit „slab“ laser Nd:YVO4 o stálém výkonu 150 W.

Automatizované pracoviště pro leštění laserem, vyvinuté v rámci projektu Polar.

Celý článek najdete v časopise MM Průmyslové sketrum