Лазерная очистка

Абразивный механический метод

• необходимость в расходных материалах, чаще всего дешевых, но без них не обойтись;
• прецизионная обработка вполне возможна, но требует постоянного контроля и прорву времени;
• автоматизация в большинстве случаев слабая. Даже если все детали, идущие в обработку, имеют общую форму, то степень их очистки может меняться существенно — абразивному кругу почти без разницы, слой какого материала он срезает: металла или окисла;
• частички абразива все же попадают в узкие щели, движущиеся детали и т.д. Так что, вполне возможно, после чистки деталь придется чистить — ирония!
• хорошие «тонкие» абразивы недешевы для промышленных масштабов, но в целом метод недорогой;

Пескоструйный метод

Струя песка под давлением — это ровный напор, большая площадь и равномерность. Но не более того: взамен получаем барханы отработанного грязного песка.

• расходной материал в пескоструйном аппарате — это рабочее тело процесса, так что песка необходимо довольно много. Чистота и диаметр частиц при тонких работах очень важны, поэтому чистка стальной гаражной двери может оказаться в разы дешевле чистки детали размером с ладонь.
• о прецизионности можно забыть. Классический абразив вы можете контролировать вручную, а вот траектория и скорость каждой песчинки — задача для суперкомпьютера. Пескоструйником можно прекрасно обрабатывать большие поверхности от ржавчины, масла и т.д. в «уличных» условиях. Гораздо реже песком можно воспользоваться для аккуратной чистки твердых и сверхтвердых сплавов: часто некоторые очень важные движущиеся некрупные детали станков покрывают спецкраской, которую надо обновлять, но это узкий и не частый спектр задач.
• автоматизация одновременно и низкая, и теоретически средняя. Например чистить кузова автомобилей на конвейере можно, но где взять столько однотипных ржавых кузовов? Для разнотипных задач при одинаковых материалах можно воспользоваться компьютерным зрением, чтобы обрабатывать разную геометрию. Но это уже вопрос бюджета.
• очевидно, что с пескоструйным аппаратом к подшипнику лучше не приближаться!
• метод недорог технически, но стоимость песка в зависимости от качества и чистоты может отличаться в разы.

Углекислотный метод

Из-за физических свойств так называемого «сухого льда» удается обойтись без кучи отработанного абразива — он сам быстро испаряется в атмосферу.

• вместо песка используются гранулы твердого CO₂. Чрезвычайно изящное решение! Твердотельный оксид углерода очень быстро сублимируется в газ при нормальных условиях, химически инертен, а физические свойства СО2-льда чуть уступают в твердости обычному, водяному льду;
• прецизионная обработка может быть получше, чем с песком, но тоже не шедевр. Ситуацию чуть исправляет невысокая плотность углекислотного льда, но кинетическая составляющая дополняется намного более мощным «микровзрывом» гранулы при соприкосновении с поверхностью — объем сублимационного газа больше объема гранулы в 800 раз! Микровыбоины и вмятины гарантированы.
• с автоматизацией методу повезло: не остается ни абразива, ни песка — только стертые окислы и загрязнения, которые легко удалять из рабочего поля. Но поскольку это младший брат-близнец пескоструйного метода, только в низшей весовой категории и чистоплотнее, то все недостатки старшего брата передаются целиком, пусть и в меньшей степени;
• а вот в чистоте очистки сухой лед дает громадную фору предыдущим двум методам. Но все же необходимо учесть, что это абразивная обработка с «исчезающим песком» — не более того. Ржавчина и грязь никуда не испаряются вместе с CO₂. И преспокойно могут оставаться в щелях и труднодоступных движущихся стыках, но в гораздо меньшей степени — микровзрывы разбрасывают загрязнения во все стороны, в то время как струя песка сначала «заталкивает» пыль во все щели. Так что конвейеры, движущиеся сложные механизмы, нежные сплавы и пластик — все это поддается чистке на порядок лучше, чем дедовской каменной крошкой!
• сам аппарат несложен, но дорог, так как является эдаким гештальтом холодильника, дробилки и аэропушки с точным электронным управлением. Частичную финансовую проблему создает и сам сухой лед. Он неплохо хранится, так как всегда окружен тончайшим слоем CO₂. Хотя это и газ с высокой конвекцией, но у него очень низкая теплопроводность. За сутки в термокамере сухой лед теряет 7 — 10% веса. Зато его можно получать на месте из обычного баллона со сжатой углекислотой. Это простейший физический процесс — резко выпускаемый сжатый газ из-за быстрого расширения так же быстро охлаждается до хлопьев углекислого «снега». Очевидно, что это отдельный процесс со своими финансовыми затратами.

Химический метод

• химический метод на самом деле состоит из тысяч рецептур с огромным разбросом в дороговизне, сложности и качестве, но всегда есть способ достичь 100% результата. В любом случае потребуется специалист и неплохая лаборатория хотя бы для налаживания процесса. В частности, пример про домохозяйку и колечко прост: уксусом можно идеально снять темный налет сульфида серебра с потемневшего колечка, но в 80% случаев рубин у нее «облагорожен», и он просто даст трещину или лопнет. Если же она по-умному плеснет плавиковой кислоты, то рубин будет сиять! Но растворится и колечко и, скорее всего, стакан, скатерть и кусок стола. В обоих случаях 100% успех. Если видеть только свою цель...
• химические отходы по опасности уступают только ядерным. Даже в виде солей. В промышленности нечасто используют что-то токсичнее соляной кислоты, но вот утилизация отходов — еще та головная боль от технической, до бюрократической.

Точность и аккуратность

Если не вдаваться в подробности, прибор лазерной очистки почти не отличается от лазерной сварки или резака. Единственное отличие: режим работы. Луч перефокусируется в световой веер и работает в импульсном режиме. Подбираются такие мощность, частота и длительность импульсов, что за одно прикосновение снимается всего 1 мкм. Это в сотню раз точнее привычной прецизионной обработки металла!

По сути несущий материал нисколько не повреждается. Такая точность позволяет «вырезать» при желании даже вогнутые металлические зеркала. При этом краткость лазерного импульса практически не нагревает поверхность — не нужно беспокоиться об оплавлении пластиков.

Роботизация

В случае с металлами, отражающими поверхностями, стеклом и другими прозрачными материалами автоматизация операции будет не сложнее, чем в лазерной резке. Суть в том, что отражающие или прозрачные поверхности — это чистые поверхности. Лазерный луч рассеивается или отражается от них, просто работая «вхолостую», ничего не нагревая и не испаряя. Поэтому координационные ошибки или завышенные мощность или интервал импульса ничему не повредят. А с полностью непрозрачными объектами достаточно внимательно подобрать режим работы.

Подготовка поверхности

Перед чисткой лазером не требуется как-то подготавливать поверхность. Краткость импульса позволяет даже безбоязненно использовать аппарат в нефтехимической промышленности, где как раз приходится терпеть сложную и затратную химическую очистку и долгие простои оборудования. Ирония: человек с мощным лазером на бензоколонке не опаснее курильщика с непотушенной сигаретой в 50 метрах.

Одел и пошел

Поскольку лазерный очиститель очень прост в управлении, то он целиком подчиняется принципу «распаковал и включил». Никаких вспомогательных принадлежностей и расходников не требуется. Более того, нынешние аппараты компактны настолько, что достаточно рюкзака, чтобы обеспечить полную мобильность — аппарату требуется только электричество.

Затраты

Говоря же о расходниках, у лазеров он только один: рабочее тело. Средняя наработка составляет 50 тысяч часов, а у некоторых моделей — значительно больше. Но, кажется, что когда ваш пятилетний трудовой порыв без выходных, праздников и перекуров завершится, человечество порадует вас очередной новинкой лазерной технологии. 50 тысяч — это огромный срок.

Безопасность

Средняя мощность лазерных пескоструев составляет 300 — 500 Вт, а стандартной длиной волны волоконного лазера является 1070 мкм. Особенность такого лазера заключается в том, что его излучение плохо поглощается кожей, точнее поверхностью. То есть аппарат средней мощности может обжечь, только если луч бьет в одну точку, причем не одну секунду.