Все, что вы хотели бы знать о лазерной очистке металла от ржавчины

Все, что вы хотели бы знать о лазерной очистке металла от ржавчины

Удалить ржавчину с металла и не повредить его – задача непростая, но разрешимая. Безопасно и качественно снять окислы можно с помощью лазерной установки.

Этот метод в России применяют с 1980 года. Если в прошлые десятилетия его практиковали только на крупных предприятиях, то сейчас он доступен обычным людям.

О том, как происходит лазерная очистка металла от ржавчины, где и за сколько можно купить установку или заказать подобную услугу, читайте в статье.

Технология лазерной очистки

Для того, чтобы провести лазерную зачистку металла от ржавчины, нужен специальный аппарат, фокусирующий мощный световой поток. Принцип работы устройства заключается в способности чистого металла отражать лазерное излучение, когда вещества с более сложным составом его поглощают. В результате слой ржавчины, который включает смесь трех оксидов железа, пленок гидроксидов и разных загрязнений, начинает накапливать энергию, нагреваться и слущиваться с основания. Если мощность лазерного оборудования высока, то налет плавится и испаряется.

Лазерная абляция

Чаще всего лазерная очистка металла от ржавчины производится при помощи абляции – импульсного излучения, вызывающего испарение оксидной пленки. Последняя «приподнимается» над поверхностью в форме плазменного облачка, затем рассасывается. Абляция происходит на границе двух фаз: газообразной и конденсированной – и начинается благодаря резкому перепаду температур (оборудование способно разогреть основание до +16500 градусов).

Порядок работы прибора таков:

  1. Сканирование (диагностика). Лазер определяет глубину обработки при помощи кратковременного импульса, издаваемого рабочей головкой.
  2. Основной этап. В автоматическом режиме выбирается мощность, осуществляется полное снятие ржавчины.

Десорбция

Под десорбцией понимают условно более мягкое воздействие на ржавчину фотонным пучком, которое вызывает отделение поверхностного слоя в форме чешуек. Для таких установок характерна малая мощность, приводящая к нагреву без фазовых превращений. Обычно для достижения нужного эффекта при толщине оксидной пленки 50-75 микрон плотность тепловой энергии не должна быть меньше 106 Вт/кв. см, диаметр ионно-фотонного пучка – до 100 микрон.

Кроме нагрева, ускоряет достижение результата наличие ударной силы испускаемого светового пучка. Лазерную десорбцию благодаря щадящему влиянию на металлы можно применять на изделиях с:

  • декоративной отделкой;
  • рифлением;
  • различными пазами, отверстиями;
  • сложными деталями.

К плюсам лазерной абляции можно отнести:

  • Работник не соприкасается с обрабатываемой поверхностью.
  • У мастера появляется возможность локализовать свои действия: он просто задает нужную плотность импульса и направляет пучок лазера в ту точку, которую хочет обработать.
  • Возможна регулировка мощности излучений.
  • Имеет место мобильность установки. При необходимости ее нетрудно перенести к нужному месту.
  • У человека появляется возможность работать с различными материалами, не опасаясь их повредить.

Изделие от немецкой компании Clean Laser

На сегодняшний день это единственный производитель, выпускающий инструмент, который способен очистить от краски, масла, смазки, ржавчины или любого другого загрязнения самую чувствительную поверхность за несколько минут. Данное оборудование обеспечивает качественное лазерное удаление ржавчины. Аппарат способен производить мощные, короткие и очень быстрые лазерные лучи, создавая микровсплески плазмы. Это влечет за собой образование ударных и тепловых волн. Отзывы владельцев таких аппаратов преимущественно положительного характера. Потребители оценили, что загрязнение под воздействием собранного в пучок луча просто испаряется. Лазерное удаление ржавчины осуществляется мягко, без повреждения поверхности.

Технологический процесс лазерной резки металла

Луч образует на образце точку. Точечное воздействие позволяет добиться максимально быстрого нагревания выше температуры плавления и кипения. Вещество начинает испаряться. Если плотность материала высокая или большая ширина, то испарение затруднительно, поэтому присутствует газовый баллон – инертный газ (кислород, азот, обычный воздух) направлен на эту зону и выдувает расплавившиеся элементы.

Виды операции

Классификация основана на выборе рабочего элемента, то есть прибора, образующего лазерный поток. Различают три типа установок по мощности:

  • Не более 6 киловатт – работа с твердыми телами. В основе лежит рубин или специальное прочное стекло. Они позволяют генерировать высокий импульс с постоянным потоком.
  • До 20 кВт – с помощью газа. Газовая смесь из азота, кислорода, гелия прогревается и разгоняется с помощью электроэнергии.
  • До 100 кВт – наиболее мощные станки, газодинамические. В их основе углекислый газ, который направлен узким потоком на локализованную область.

Режимы резки металла лазером

Любая установка имеет множество параметров. Их выбор зависит от конкретных характеристик разрезаемого материала и желаемого результата. Например, мощность прямо пропорционально увеличивается в зависимости от толщины листа.

Также имеет значение химический состав. Углеродистые стали имеют преимущества перед низкоуглеродными по прочности, но они же на 25-35% медленнее нагреваются и разрушаются из-за добавления углерода. Аналогично влияют и прочие легирующие добавки.

Также влияет выбранный газ. Чистый кислород в два раза эффективнее, чем обычный воздух. Качество разреза (шероховатость, образование сколов, дефектов) зависит от скорости процесса и толщины заготовки. И, конечно, важна точность. Самый лучший показатель у станков с ЧПУ. Они заранее программируются, вводятся все показатели, выбор программы осуществляется автоматически. Приведем таблицу, которая поможет определить режим:

При длительном соприкосновении поверхности обычной стали с воздухом или любой другой коррозионно-активной средой на его поверхности постепенно образуется слой окиси железа. Это не только портит внешний вид изделия, но и провоцирует его дальнейшее ржавление. Наиболее популярны химические методы очистки металлических поверхностей от ржавчины. Но, как утверждается, «не хлебом единым»…

Технология очищения

Методы очистки металла от возникающей ржавчины лазером основываются на известном принципе взаимодействия металлических поверхностей с мощными световыми потоками, к которому относятся лазерные лучи. По технологии обработки чистая металлическая плоскость способна отражать лазерный луч, а плоскости с более сложным химическим составом – поглощать. Подобными являются ржавые элементы. Кроме этого, сюда можно отнести различные загрязнения или оксиды.

Во время поглощения световых потоков может происходить следующее:

  • Нагревание без преобразования структуры. В подобном случае обрабатываемый слой размягчится и отшелушится.
  • Нагревание с плавлением.
  • Нагревание с испарением покрытия.

Исходя из этого для очистки по технологии могут применяться два режима:

  • облегченный, после которого слои со ржавчиной отслоятся в форме чешуек, которые можно удалить механическим способом;
  • Более глубокий, в процессе которого ржавчина будет испаряться.

Температурный диапазон плавления ржавчины составляет 1580-16400С. Это значение больше, чем температурные значения расплавления стали. Чтобы достичь указанных температурных значений в точке воздействия лазера тепловая мощность – не менее 106 Вт/см2, а ионно-фотонный пучок иметь диаметр не больше 100 мк. При таких показателях происходит ликвидация оксидных пленок толщины 50-75 микрон с наибольшей эффективностью. Этого хватает, чтобы качественно снимать ржавый слой.

Эффективность процесса увеличивается за счет того, что в зоне его действия происходят дополнительные процессы – возникает ударная волна, очень высокий температурный перепад. За счет этого ускоряется процесс отшелушивания, удаления оксидов.

Для пучка лазера абсолютно безразличен тип обрабатываемых деталей. Именно поэтому лазерная очистка металла от ржавчины обладает подобной эффективностью при обработке деталей с глубокими пазами, рифлением, декоративной отделкой.

Читайте также  Пескоструй кёрхер

От чего возникает ржавчина?

Классическая причина появления ржавчины знакома каждому: химические реагенты, солевые растворы и осадки забиваются в сколы (имеющиеся на кузове любого автомобиля, который хотя бы иногда выезжает за пределы гаража) и под воздействием влажности и температурных перепадов начинают разъедать металл. Так возникают первые «жучки» – небольшие очаги коррозии, заметные лишь при детальном рассмотрении. Однако если не придавать им значения, в скором времени они могут разрастись до невероятных размеров. И в этом главная сила и опасность коррозии – как хитрый враг, она действует скрытно, поглощая все новые и новые участки кузова. Вот почему в борьбе с ржавчиной так важна оперативность: всегда намного проще решить проблему, пока она незначительна; иначе через пару месяцев промедления Вы рискуете обнаружить настолько запущенный процесс, что без профессиональной помощи (=дополнительных финансовых затрат) обойтись не удастся.

Лазерное удаление ржавчины

Дельта принтеры крайне требовательны к точности изготовления комплектующих (геометрия рамы, длины диагоналей, люфтам соединения диагоналей, эффектора и кареток) и всей геометрии принтера. Так же, если концевые выключатели (EndStop) расположены на разной высоте (или разный момент срабатывания в случае контактных концевиков), то высота по каждой из осей оказывается разная и мы получаем наклонную плоскость не совпадающая с плоскостью рабочего столика(стекла). Данные неточности могут быть исправлены либо механически (путем регулировки концевых выключателей по высоте), либо программно. Мы используем программный способ калибровки.
Далее будут рассмотрены основные настройки дельта принтера.
Для управления и настройки принтера мы используем программу Pronterface.
Калибровка принтера делится на три этапа:

1 Этап. Корректируем плоскость по трем точкам

Выставление в одну плоскость трех точек — A, B, C (расположенных рядом с тремя направляющими). По сути необходимо уточнить высоту от плоскости до концевых выключателей для каждой из осей.
Большинство (если не все) платы для управления трехмерным принтером (В нашем случае RAMPS 1.4) работают в декартовой системе координат, другими словами есть привод на оси: X, Y, Z.
В дельта принтере необходимо перейти от декартовых координат к полярным. Поэтому условимся, что подключенные к двигателям X, Y, Z соответствует осям A, B, C.(Против часовой стрелки начиная с любого двигателя, в нашем случае смотря на логотип слева — X-A, справа Y-B, дальний Z-C) Далее при слайсинге, печати и управлении принтером в ручном режиме, мы будем оперировать классической декартовой системой координат, электроника принтера сама будет пересчитывать данные в нужную ей систему. Это условность нам необходима для понятия принципа работы и непосредственной калибровки принтера.

Точки, по которым мы будем производить калибровку назовем аналогично (A, B, C) и позиция этих точек равна A= X-52 Y-30; B= X+52 Y-30; C= X0 Y60.

Алгоритм настройки:

  1. Подключаемся к принтеру. (В случае “крагозяб” в командной строке, необходимо сменить скорость COM порта. В нашем случае с 115200 на 250000 и переподключится)

    После чего мы увидим все настройки принтера.
  2. Обнуляем высоты осей X, Y, Z командой M666 x0 y0 z0.
    И сохраняем изменения командой M500. После каждого изменения настроек необходимо нажать home (или команда g28), для того что бы принтер знал откуда брать отсчет.
  3. Калибровка принтера производится “на горячую”, то есть должен быть включен подогрев стола (если имеется) и нагрев печатающей головки (HotEnd’а) (Стол 60град., сопло 185 град.) Так же нам понадобится щуп, желательно металлический, известных размеров. Для этих задач вполне подойдет шестигранный ключ (самый большой, в нашем случае 8мм, он предоставляется в комплекте с принтерами Prizm Pro и Prizm Mini)
  4. Опускаем печатающую головку на высоту (условно) 9мм (от стола, так, что бы сопло еле касалось нашего щупа, т.к. высота пока что не точно выставлена.) Команда: G1 Z9.
  5. Теперь приступаем непосредственно к настройке наших трех точек.
    Для удобства можно вместо g- команд создать в Pronterface четыре кнопки, для перемещения печатающей головки в точки A, B, C, 0-ноль.

  • Последовательно перемещаясь между тремя точками (созданными ранее кнопками или командами) выясняем какая из них находится ниже всего (визуально) и принимает эту ось за нулевую, относительно нее мы будем менять высоту остальных двух точек.
  • Предположим, что точка A у нас ниже остальных. Перемещаем головку в точку B(Y) и клавишами управления высотой в Pronterface опускаем сопло до касания с нашим щупом, считая величину, на которую мы опустили сопло (в лоб считаем количество нажатий на кнопки +1 и +0.1)
    Далее командой меняем параметры высоты оси Y: M666 Y <посчитанная величина>
    M666 Y0.75
    M500
    G28
  • Ту же операцию проделываем с оставшимися осями. После чего следует опять проверить высоту всех точек, может получится, что разброс высот после первой калибровки уменьшится, но высота все равно будет отличатся, при этом самая низкая точка может изменится. В этом случае повторяем пункты 6-7.
  • 2 Этап. Исправляем линзу

    После того как мы выставили три точки в одну плоскость необходимо произвести коррекцию высоты центральной точки. Из за особенности механики дельты при перемещении печатающей головки между крайними точками в центре она может пройти либо ниже либо выше нашей плоскости, тем самым мы получаем не плоскость а линзу, либо вогнутую либо выпуклую.

    Корректируется этот параметр т.н. дельта радиусом, который подбирается экспериментально.

    Калибровка:

    1. Отправляем головку на высоту щупа в любую из трех точек стола. Например G1 Z9 X-52 Y-30
    2. Сравниваем высоту центральной точки и высоту точек A,B,C. (Если высота точек A, B, C разная, необходимо вернутся к предыдущей калибровки.)
    3. Если высота центральной точки больше остальных, то линза выпуклая и необходимо увеличить значение дельта радиуса. Увеличивать или уменьшать желательно с шагом +-0,2мм, при необходимости уменьшить или увеличить шаг в зависимости от характера и величины искривления (подбирается экспериментально)
    4. Команды:
      G666 R67,7
      M500
      G28
    5. Подгоняем дельта радиус пока наша плоскость не выровняется
    3 Этап. Находим истинную высоту от сопла до столика

    Третьим этапом мы подгоняем высоту печати (от сопла до нижней плоскости — столика) Так как мы считали, что общая высота заведомо не правильная, необходимо ее откорректировать, после всех настроек высот осей. Можно пойти двумя путями решения данной проблемы:
    1 Способ:
    Подогнав вручную наше сопло под щуп, так что бы оно свободно под ним проходило, но при этом не было ощутимого люфта,

    • Командой M114 выводим на экран значение фактической высоты нашего HotEnd’а
    • Командой M666 L получаем полное значение высоты (Параметр H)
    • После чего вычитаем из полной высоты фактическую высоту.
    • Получившееся значение вычитаем из высоты щупа.

    Таким образом мы получаем величину недохода сопла до нижней плоскости, которое необходимо прибавить к полному значению высоты и и записать в память принтера командами:
    G666 H 235.2
    M500
    G28

    2 Способ:
    Второй способ прост как валенок. С “потолка”, “на глаз” прибавляем значение высоты (после каждого изменение не забываем “уходить” в home), добиваясь необходимого значения высоты, но есть шанс переборщить со значениями и ваше сопло с хрустом шмякнется об стекло.

    Как сделать авто калибровку для вашего принтера и что при этом авто калибрует принтер вы узнаете из следующих статей.

    Какие модели лазеров выпускаются?

    Самыми популярными на рынке считаются аппараты компании Clean Laser (Германия), которая выпускает большую линейку лазерного оборудования. Наиболее востребованным считается компактный «рюкзачный» лазер, состоящий из 3-х отдельных модулей, которые соединены оптоволоконным кабелем:

    • ранца с источником питания,
    • лазерной головки,
    • прибора видеонаблюдения.

    При включении установки происходит сканирование поверхности, выявляется глубина ржавчины, и только затем на область загрязнения направляется лазерный поток полной мощности. Остатки разрушенных элементов ржавчины, которые отсоединились от металла, уносятся в особую емкость. Процесс завершается в автоматическом режиме, когда поверхность изделия станет полностью свободной, и направляемый на нее поток света будет отражаться.

    Небольшие аккумуляторные аппараты малой мощности очень популярны у археологов, любителей антиквариата, поскольку позволяют снять налет загрязнения даже с деликатных, ценных предметов. Агрегаты средних размеров мощностью до 400 Вт на вид напоминают компрессоры и обычно используются в автомастерских, на небольших производствах. Габаритные, мощные установки имеют крупномасштабное значение и стоят сотни тысяч долларов.

    Китайские лазеры

    Изделия китайского производства тоже пользуются спросом на рынке, ведь их цена обычно дешевле, чем у европейских установок. Например, аппарат LY CL 100 применяется для очищения металлических изделий от ржавчины, имеет мощность 100 Вт, эксплуатируется без смены головки в течение 50000 часов. Вот прочие характеристики прибора:

    • частота повторов – 1,2-25 КГц,
    • скорость работы – 7000 мм/сек,
    • линейная скорость – 70 м/мин,
    • длина волны – 1064 Нм,
    • вес установки – 70 кг.

    Подобные мобильные устройства могут использоваться для очищения кузова авто, удаления краски или зачистки проржавевших участков. Применение лазера считается эффективным и безопасным способом обновления деталей, помогает продлить срок их жизни и серьезно сэкономить на покупке новых.