Plasmareinigung und Laserreinigung sind fortschrittliche Methoden zur Oberflächenvorbereitung, die die Qualität von Oberflächen vor Fertigungsprozessen wie Schweißen, Beschichten und Kleben verbessern. Während die Laserreinigung Lichtenergie zur Entfernung von Verunreinigungen nutzt, wird bei der Plasmareinigung ein ionisiertes Gas, das sogenannte Plasma, eingesetzt.
Viele Hersteller verstehen die Unterschiede zwischen diesen beiden berührungslosen Reinigungstechniken nicht, da beide – im Gegensatz zur herkömmlichen chemischen Reinigung – ohne Lösungsmittel oder Chemikalien auskommen. Zudem werden sie zunehmend abrasiven Methoden wie Sandstrahlen und Trockeneisstrahlen vorgezogen.
Was ist Plasmareinigung?
Plasmareinigung ist ein Verfahren, bei dem Plasma – ein ionisiertes Gas – verwendet wird, um Oberflächenverunreinigungen durch Karbonisierung zu entfernen. Plasma entsteht durch Erhitzen von Gasmolekülen wie Argon oder Sauerstoff bis zu dem Punkt, an dem sie ionisiert werden, d. h. die Atome und Moleküle tragen eine elektrische Ladung.
Dieses vielseitige Reinigungsverfahren eignet sich für eine Vielzahl von Oberflächen, darunter Kunststoffe, Metalle und Keramik. Es entfernt hervorragend organische Verunreinigungen wie Öl, Staub, Elektrolyte und Farbe. Bei anderen Verunreinigungen wie Rost und Oxiden ist es jedoch weniger wirksam.
Was ist Laserreinigung
Laserreinigung ist ein Verfahren, bei dem Oberflächenverunreinigungen durch Laserablation entfernt werden. Ein konzentrierter Lichtstrahl, der auf die Oberfläche gerichtet ist, überträgt Energie auf die Verunreinigungen. Durch die Absorption dieser Energie lösen sich ihre chemischen Bindungen zum Substrat auf, wodurch sie zu Staub und Rauch verdampfen.
Die Laserreinigung wird hauptsächlich bei Metallen eingesetzt und ist auch bei Keramik und Stein wirksam. Für Kunststoffe und Gummi ist sie jedoch im Allgemeinen ungeeignet. Mit dieser Methode lassen sich zahlreiche Schadstoffe entfernen, darunter Oxide, Korrosion, Farbe, Öl, Staub und Elektrolyte. Bei der Entfernung von dickem Walzzunder ist sie jedoch weniger effizient.
Hauptunterschiede zwischen Laserreinigung und Plasmareinigung
1. Geschwindigkeit des Reinigungsvorgangs
Die Laserreinigung ist deutlich schneller als die Plasmareinigung. Letztere weist aufgrund der für die Bewegung mechanischer Teile aufgewendeten Zeit im Vergleich zur eigentlichen Reinigungszeit einen relativ langsamen Arbeitszyklus auf.
Bei der Laserreinigung werden ultraschnell rotierende Spiegel (Galvo-Spiegel) eingesetzt, um den Laserstrahl zu lenken. Beispielsweise dauert es bei der Batterieherstellung nur etwa 100 Mikrosekunden, um den Laser von einer Zelle zur nächsten zu bewegen und Oberflächen für das Schweißen vorzubereiten.
Im Gegensatz dazu erfordert die Plasmareinigung die Bewegung einer Düse über die Oberfläche mithilfe eines Portalsystems. Diese mechanischen Bewegungen sind langsamer als bei Galvanospiegeln, was zu einem längeren Reinigungsprozess führt, insbesondere bei der Batterieherstellung, wo die Düse über jeder Zelle positioniert werden muss.
2. Mechanische Festigkeit von Schweißnähten
Bei der Vorbereitung von Oberflächen zum Schweißen führt die Laserreinigung zu festeren und gleichmäßigeren Schweißnähten als die Plasmareinigung. Dies ist in Branchen mit strengen Spezifikationen von entscheidender Bedeutung, beispielsweise im Batteriesektor, wo die Qualitätssicherung 6 Sigma (3,4 Defekte pro Million) oder sogar 7 Sigma (0,02 Defekte pro Million) erfordert.
Mit Plasmareinigung behandelte Schweißnähte versagen typischerweise unter 1000 gf (Grammkraft) und haben oft Mühe, die Spezifikationsgrenzen mit einem Prozessfähigkeitsindex (Cpk) unter 1 einzuhalten. Im Gegensatz dazu brechen lasergereinigte Schweißnähte zwischen 3000 und 5000 gf und erreichen durchweg einen Cpk nahe 2.
3. Reinigungsqualität
In manchen Fällen können bei der Plasmareinigung verkohlte Rückstände zurückbleiben, die selbst durch sekundäre Reinigungsschritte nur schwer zu entfernen sind. Dies ist besonders problematisch für Hersteller, die mit Oxiden arbeiten.
Die Wirksamkeit der Laserreinigung variiert, wie auch die Plasmareinigung, je nach Verunreinigungen. Wenn die Verunreinigungen die Wellenlänge des Lasers effektiv absorbieren, verdampfen sie und hinterlassen keine Rückstände auf der Oberfläche. Beispielsweise wird die Wellenlänge von 1.064 nm von verschiedenen Verunreinigungen wie Oxiden, Staub, Ölen, Beschichtungen und Elektrolyten gut absorbiert. Bestimmte Verunreinigungen, wie beispielsweise Klarlacke, lassen sich mit dieser Wellenlänge jedoch möglicherweise nicht effektiv entfernen.
4. Rauheitsgrad
Laserreinigungssysteme können Oberflächen reinigen und aufrauen und so eine umfassende Oberflächenvorbereitung für Anwendungen wie das Kleben ermöglichen. Im Gegensatz dazu beschränkt sich die Plasmareinigung auf die Entfernung von Verunreinigungen, ohne die Oberflächenrauheit zu verändern.
Plasmatechnologie war einst die bevorzugte Methode für Reinigungsanwendungen, bei denen auf Lösungsmittel, Schleifmittel und Chemikalien verzichtet werden musste. Die rasanten Fortschritte in der Lasertechnologie haben jedoch ihre Effektivität und Effizienz seitdem verbessert.
Aus diesem Grund steigen viele Hersteller mittlerweile von der Plasmareinigung auf die Lasertechnologie um, um ihren Produktionsanforderungen hinsichtlich Geschwindigkeit und Konsistenz gerecht zu werden.
