Laserreinigen in de kunststof- en rubberindustrie
Geplaatst op 07 april 2020 om 09:38 uur
Het reinigen van oppervlakken met behulp van laser is een speciale techniek met diverse kenmerkende eigenschappen. De werking berust op het sturen van een laserstraal met een bepaald vermogen naar een vervuild oppervlak. De energie van de laserstraal wordt geabsorbeerd door de vervuiling. Deze wordt hierdoor plaatselijk zeer warm en verdampt of verbrandt praktisch volledig. Om voldoende energie ter plaatse te brengen, wordt gewerkt met lenzen die de laserstralen convergeren; de hoogste energiedichtheid is vervolgens beschikbaar in het brandpunt dat zich dan ook idealiter exact op het grensvlak tussen de vervuiling en het te reinigen oppervlak (substraat) bevindt. Voor een goed reinigingsresultaat is het van belang dat het substraat de laserstraal zo goed mogelijk reflecteert en dat het vermogen van de laser is afgestemd op het soort en de hoeveelheid vervuiling en het onderliggende substraat.
Contactloos
De specifieke werking van laserreinigen levert enkele onderscheidende voordelen op. Ten eerste is het een contactloze methode waardoor de kans dat het onderliggende substraat beschadigt minimaal is. Mits het vermogen van de laser uiteraard goed is ingesteld. Daarnaast treedt er nauwelijks luchtverplaatsing op en verdampt of verbrandt de vervuiling in principe volledig. Dit betekent dat er na het reinigen vrijwel geen opruimwerkzaamheden nodig zijn. Dit kan de reinigingscyclus uiteindelijk aanzienlijk verkorten. Zeker in vergelijking met bijvoorbeeld gritstralen, waarbij het wegruimen van het gebruikte grit inclusief de weggespoten verontreiniging bij grote projecten behoorlijk kan oplopen.
Met een laser zijn matrijzen snel, nauwkeurig en contactloos te reinigen.
Mobiel
Bij het fysiek zware gritstralen heeft de gebruiker bovendien niet alleen te maken met de straalapparatuur, maar ook met grote hoeveelheden grit en (veel) water. Bij laserreinigen beperkt de apparatuur zich tot het laserapparaat en de ‘toorts', die in de kleine variant erg mobiel zijn en hiermee ook geschikt zijn voor het reinigen van lastig bereikbare plaatsen. Voor werkzaamheden waarvoor slechts een beperkt aantal uren per dag beschikbaar is, bijvoorbeeld wanneer alleen in de nacht kan worden gewerkt, levert het belangrijke voordelen wanneer er weinig tijd nodig is om de installatie op te bouwen en na afloop om de omgeving te reinigen. Hierdoor blijft er meer tijd over voor het reinigen zelf.
Geen chemicaliën
Verder zijn voor laserreiniging geen chemicaliën nodig. Deze hoeven dus niet te worden ingekocht, kunnen de omgeving niet vervuilen én er is geen nabehandeling nodig in de vorm van afnemen met bijvoorbeeld een doek om restjes chemicaliën weg te poetsen. Zeker belangrijk bij de reiniging van bijvoorbeeld grote tanks in de procesindustrie, waar iedere mogelijke vervuiling invloed kan hebben op de processen die zich nadien in de ketel afspelen.
Arbeidsomstandigheden
Stig Knapen, specialist bij P-Laser, geeft aan: "Wel is het uiteraard nodig om een uitstekende afzuiging ter plekke te realiseren, gecombineerd met een geschikte filterinstallatie om de verbrandingsgassen af te voeren en vuildeeltjes af te vangen. In het geval van verbrandingsdeeltjes zou een goede stofzuiger eveneens een welkome aanvulling zijn. Hiermee voorkom je vervuiling van de omgeving en garandeer je een schone, veilige werkomgeving voor je medewerkers. En nu we toch naar de ‘arbeidsomstandigheden' kijken: laserreinigen is een methode met een laag geluidsniveau en een lage fysieke belasting. Zeker in vergelijking met (wederom) gritstralen."
Afhankelijk van de toepassing is tot slot heel nauwkeurig te reinigen met een laser, aangezien de snelheid en het vermogen exact zijn af te stemmen op de applicatie. Om goede resultaten te behalen is het belangrijk dat het substraat een gedefinieerde vorm heeft; met andere woorden; een zo glad mogelijk oppervlak. Verder is de effectiviteit afhankelijk van de ‘kwaliteit' van de vuillaag. Wanneer de dikte sterk varieert, wordt het lastiger. Maar als de variaties binnen de toleranties vallen, is laserreiniging uiteindelijk ook goed te automatiseren met robots.
Matrijzen - hier een voor de productie van rubber banden - zijn kostbare componenten en dat rechtvaardigt de inzet van laserreinigen.
Bewezen en rendabel
Het gebruik van laser voor reinigingsdoeleinden is op zich niet heel nieuw. Al in de jaren ‘70/'80 van de vorige eeuw werd de techniek ingezet voor bijvoorbeeld het conserveren van (stenen) kunstwerken. Voorwerpen dus die zeer waardevol zijn en de toenmalige hoge kosten van laserreinigen rechtvaardigden. In de jaren erna is de technologie doorontwikkeld en werden in de jaren '90 de eerste industriële toepassingen gemeld. Nog steeds is het niet de goedkoopste manier om te reinigen en daarom vooral geschikt voor toepassingen waar andere reinigingsmethoden om verschillende redenen niet voldoen.
Dat zijn nog steeds toepassingen met waardevolle of kwetsbare componenten. Hierbij kun je denken aan de lucht- en ruimtevaart, kritische onderdelen binnen defensie en de halfgeleiderindustrie. Ook de snelheid van reinigen kan een factor zijn, evenals de wens om geen chemicaliën toe te passen. Veel toepassingen richten zich momenteel op het professioneel verwijderen van roest, vet en vuil van metalen oppervlakken. In deze combinatie is laserreinigen te benoemen als een bewezen technologie die bovendien rendabel is in te zetten.
Harde kunststoffen
Stig Knapen: "Inmiddels zijn echter ook de eerste testen gedaan met het reinigen van kunststoffen. Het gaat hierbij om het reinigen van bakken vervaardigd van een harde kunststof. Deze worden ingezet voor het transporteren van onderdelen en vervuilen door de tijd en moeten dus regelmatig worden gereinigd. Een aantal testen met laser geven in eerste instantie goede resultaten, maar er is nog meer onderzoek nodig. Kunststof is immers in veel gevallen veel zachter dan materialen als steen en staal waardoor de kans op beschadiging van het oppervlak groter is. Hetzelfde effect zie je bij het reinigen van hout met laser, waar tevens een extra kans bestaat op verbranding. Verder zijn er nog veel meer testen nodig om nauwkeurig te bepalen welke vermogens er moeten worden gebruikt voor het reinigen van de (vele) soorten kunststoffen. Het is echter wel mogelijk."
De zachtere eigenschappen van kunststoffen vormen niet de enige reden voor een (nog) beperkt aantal toepassingen. In veel gevallen zijn kunststoffen namelijk vaak sneller en goedkoper te reinigen met water, eventueel onder hoge druk, en een mild reinigingsmiddel. De vragen díe komen, zijn dus afkomstig van bedrijven die aangeven dat andere reinigingsmethoden in hun omgeving niet mogelijk of gewenst zijn. Hier kan laserreinigen uitkomst bieden.
Lijmverbindingen
Verder is laserreinigen op kunststoffen toe te passen als voorbereiding op bijvoorbeeld het maken van een lijmverbinding. Bij deze verbindingstechniek is een wat ruwer oppervlak gewenst om het effectieve lijmoppervlak te vergroten. Met laser wordt het substraat dan ten eerste volledig gereinigd van vuildeeltjes die het effectieve lijmoppervlak kunnen frustreren, maar ten tweede ook iets ‘opgeruwd'. In dat geval wordt het substraat dus opzettelijk wel ‘aangetast'. Wanneer de laserstraal nog dieper wordt gepositioneerd in het materiaal, is de technologie te gebruiken voor het markeren van praktisch alle materialen dus ook van kunststoffen en rubbers.
Bij laserreiniging blijft het matrijsoppervlak onbeschadigd en blijven kritische toleranties dus behouden, zoals bij deze matrijs voor kunststof producten.
Reinigen van matrijzen
Toepassingen binnen de kunststof- en rubberindustrie zijn wél veelvuldig te vinden in het reinigen van de matrijzen waarin rubberen, kunststof of composiet producten worden vervaardigd. Hierbij valt te denken aan matrijzen voor autobanden en trillingsdempers (rubber), huishoudelijke producten (kunststof) of veel groter: de vleugels van vliegtuigen (composiet). Veelal blijven in de matrijzen sowieso vaak kleine deeltjes materiaal achter en in elk geval lossingsmiddel.
Stig Knapen: "Matrijzen zijn kostenintensieve componenten waar hoge eisen worden gesteld aan het oppervlak en komen hiermee in aanmerking voor een nauwkeurige en zorgvuldige reinigingsmethode. De voordelen van laserreinigen komen hier echt tot hun recht. Zo raakt het oppervlak van de matrijs niet beschadigd, zodat de vaak nauwe en kritische toleranties probleemloos behouden blijven. Het oppervlak van de matrijs blijft dus even glad als daarvoor, wat weer van belang is voor het oppervlak van het product dat je hiermee uiteindelijk produceert. Dat geldt ook voor aluminium matrijzen."
Snelheid
Verder is de snelheid van reinigen een voordeel voor de kunststof verwerkende industrie. Gemiddeld is met laserreinigen zo'n 2 m2 in een uur te reinigen in plaats van in de gebruikelijke 8 uur (een hele werkdag). Zeker bij grote matrijzen zoals deze worden gebruikt voor de productie van composietdelen van vliegtuigvleugels, is deze snelheid een pre. De doorlooptijd van de reiniging wordt verder positief beïnvloed door het feit dat de gebruiker van de matrijs geen ‘nazorg' hoeft te leveren door het verwijderen van restanten van chemische reinigingsmiddelen. Een belangrijke stap aangezien deze mogelijk invloed hebben op de kunststoffen of rubbers, die na het reinigingsproces weer in de matrijs worden gebracht. Daarbij is ook dikke, aangekoekte vervuiling net zo makkelijk te verwijderen als een dunne laag; mits het brandpunt goed is afgesteld. Dit lukt vooral goed bij geautomatiseerde reiniging die juist bij matrijzen goed mogelijk is aangezien de afmetingen van de matrijzen in principe nauwkeurig bekend zijn.
Toekomst
Stig Knapen besluit: "Het aantal toepassingen in vele industrieën neemt snel toe. Het is mooi om te zien hoe een dergelijke technologie inmiddels zover is uitontwikkeld, dat het inmiddels zeer rendabel is in te zetten voor het reinigen van in eerste instantie metalen. Ik verwacht in de toekomst zeker nog een uitbreiding van het aantal toepassingen en óók in de kunststof- en rubberindustrie."