Porovnávali jsme ty nejsilnější komerčně dostupné čistící lasery na českém a pravděpodobně i celosvětovém trhu – kontinuální laser Narran DIVA 3000 o výkonu 3kW a pulzní laser Narran ROD 2000 o výkonu 2kW.
Čistící lasery si již našli své uplatnění v řadě odvětví, ať už se jedná o čištění plastikářských a gumárenských forem, restaurování historických předmětů, čištění fasád, odstraňování graffiti, čištění veteránu atd. Těžké průmyslové aplikace však vyžadují velmi vysoké výkony čistících laserů, spolu s kvalitní optickou soustavu, díky které je možné dosáhnout vysoké optické hustoty záření na čištěném povrchu. Neméně důležité je také technické zpracování aplikační hlavy, kdy při extrémně vysokých energiích záření i nepatrné znečištění optických prvků způsobuje jejich rychlé poškození. Dále je bezpodmínečně nutné účinné vodní chlazení umožňující nepřetržitý provoz. Tyto vlastnosti splňují čistící lasery českého výrobce Narran, které dlouhodobě používáme a které patří k celosvětové špičce.
Tím prvním testovaným přístrojem je 3kW kontinuální laser Narran Diva 3000 s velmi kvalitním optickým výstupem, který oproti řadě jiných čistících laserů východoasijské provenience poskytuje vysokou optickou hustotu, resp. světelný paprsek je fokusován do malého bodu na čištěném povrchu. Tím je tento laser velmi efektivní např. čištění ocelových konstrukcí, při odstraňování rzi nebo barvy z větších ploch, nebo odstraňování okují (https://www.lsrservices.cz/laserove-cisteni-turbin/, ). Další výhodou přístroje je optické uspořádání aplikační hlavy, kde je fokusační vzdálenost až 80cm spolu s velkou hloubkou ostrosti, což je pohodlné při jeho dlouhodobé obsluze. Tentopřístroj byl porovnáván s nejvýkonnějším pulzním laserem Narran ROD 2000 s rezonátorem od IPG Photonics o výkonu 2kW, navíc v provedení High Brightness opět zaručujícím maximální optickou hustotu. Tento rezonátor produkuje pulzy o výkonu 100mJ odpovídající píkovému výkonu 2500kW, stejně jako přístroje o nominálním výkonu 500 a 1000W, nicméně s dvou resp. čtyřnásobnou frekvencí. Jak již bylo zmíněno výše, oba přístroje mají vodní chlazení aplikační hlavy umožňující nepřetržitý provoz. A zde jsou výsledky porovnání.
Oba přístroje byly porovnávány na poměrně náročné aplikaci vyžadující odstranění nově aplikovaného bílého nátěru z ocelového povrchu. Bílé pigmenty často komplikují odstranění nátěrů čistícími lasery o vlnové délce 1064nm, což byl i tento případ, navíc prakticky nový nátěr velice dobře držel na ocelovém podkladu. Výhodou byla tloušťka čištěného materiálu 3mm zajišťující poměrně dobrý odvod tepla při použití vysokých optických výkonů. Podmínkou bylo zachování nátěru na druhé straně plechu, což se ukázalo jako rizikové u kontinuálního laseru.
Nejprve byly optimalizovány parametry obou přístrojů. U kontinuálního laseru byla nastavena vhodná velikost stopy paprsku spolu s maximální rychlostí rozmítání, tak, aby byl z povrchu jednoduše odstraněn veškerý nátěr a aby byl povrch co nejméně zahříván. Zahřívání podkladu je právě u kontinuálních laserů často limitující, při nevhodné obsluze čistícího laseru dochází k velkému zahřátí povrchu, výraznému tepelnému namáhání a následné dilataci čištěného předmětu. U pulzního laseru byla nastavena optimální délka pulzu na nejvyšší možnou hodnotu a tomu odpovídající maximální frekvence pulzů, dále také velikost stopy rozmítání paprsku.
V rámci testu byla ohraničena plocha o rozměrech 50x50cm a měřen čas nutný k vyčištění tohoto čtverce. Nejprve byl použit 3kW kontinuální laser DIVA 3000, kterým vyčištění trvalo 17 minut. Následoval 2kW pulzní přístroj ROD 2000. Dle předpokladu byl pulzní laser rychlejší, po vyčištění stejné plochy jsme pokračovali dále a jak je vidět z Obr. e), za stejný časový úsek se podařilo vyčistit plochu větší o přibližně 50%. Následně byl porovnán vyčištěný povrch.
Výsledky testu byly následující:
– Při čištění pulzním laserem docházelo k oddělování větších částic nátěru od podkladu a k jejich odpadávání, na rozdíl od kontinuálního laseru, kde bylo nutné prakticky veškerý materiál odsublimovat. Ve výsledku tak bylo čištění pulzním laserem o výkonu 2kW o cca 50% rychlejší než 3kW kontinuálním laserem.
– Ocelový povrch byl po odstranění nátěru pulzním laserem bez jakýchkoliv patrných stop, nedochází k jeho poškození. Kontinuální laser na povrchu zanechává patrné stopy, nicméně, dle našich předchozích zkušeností jsou tyto stopy zakryty při aplikaci běžných průmyslových nátěrů. Obvyklá tloušťka nátěrových systémů je 200-400µm, po nalakování stopy po kontinuálním laseru nejsou patrné a zpravidla nemají vliv na kvalitu povrchu. U povrchů z nerezové oceli nebo slitin mědi, které zůstávají bez následného nátěru, by byly stopy po kontinuálním laseru problém, stejně tak u tenkovrstvých ochranných filmů nebo u moření, nicméně pro čištění povrchů před aplikací průmyslových nátěrů poškození není podstatné.
– U pulzního laseru nedochází k tak významnému ohřívání povrchu jako u kontinuálního laseru. Přestože jsme v tomto případě neměřili teplotu povrchu, v obdobné aplikaci při čištění 4mm ocelového plechu kontinuálním laserem měl povrch teplotu 180-230°C. Ohřívání povrchu v tomto testu je dobře patrné na Obr. f), který byl pořízen při nastavování parametrů laserů. Jsou zde patrné jednak saze způsobené hořením nátěru, dále lehká povrchová oxidace čištěného ocelového plechu. U tohoto materiálu nedošlo k deformaci způsobené teplotními dilatacemi a kupodivu ani ke zřetelnému poškození laku ze druhé strany, nicméně se dá předpokládat, že by k tomu lokálně mohlo dojít.
Přímé porovnání obou laserů nám potvrdilo možnosti použití levnějších kontinuálních čistících laserů např. na čištění ocelových konstrukcí. Přestože je rychlost čištění s kontinuálním strojem s o polovinu vyšším nominálním výkonem (3kW oproti 2kW) o přibližně polovinu pomalejší, i při započítání personálních nákladů a nákladů na bezpečnost obsluhy najdou tyto přístroje uplatnění. Zásadními limitujícím faktorem je však kvalita čištěného povrchu a potenciální riziko spojené s ohřevem čištěného materiálu.
Jakub Širc, PhD.
LSR Services s.r.o.
