Gepulste Laserreinigung: Eine umweltfreundliche und effiziente Lösung für die Aufarbeitung von Automobilteilen

Mit der rasanten Entwicklung der Automobilindustrie ist die Wiederaufarbeitung von hochwertigen Bauteilen aus ausscheidenden Fahrzeugen zu einem entscheidenden Schritt im Ressourcenrecycling geworden. als Kernkomponente von Automobilen neigen Getriebe – insbesondere Bauteile wie Drehmomentwandler und Ölpumpen – dazu, Oberflächenkontaminationen wie Rostschichten und Oxidschichten zu bilden. Die Reinigungswirkung beeinflusst direkt die Qualität der Wiederaufarbeitung. Herkömmliche Reinigungsverfahren wie mechanisches Schleifen und chemische Reinigung weisen Nachteile wie Substratschäden, Umweltverschmutzung und geringe Effizienz auf. Die gepulste Laserreinigung entwickelt sich dank ihrer Vorteile wie geringer Schädigung, Umweltfreundlichkeit, Präzision und hoher Effizienz zu einer gefragten Technologie im Bereich der Wiederaufarbeitung von Autoteilen und eröffnet neue Wege für die Branchenmodernisierung.

Die Wirksamkeit der Impuls-Laserreinigung hängt von der sinnvollen Kombination zentraler Prozessparameter wie mittlerer Leistung, Wiederholfrequenz, Scangeschwindigkeit und Anzahl der Reinigungsdurchgänge ab, die für unterschiedliche Bauteile optimiert werden müssen. Für wichtige Getriebekomponenten ist die optimale Prozesskombination bei Drehmomentwandlergehäusen eine mittlere Leistung von 45 W und eine Wiederholfrequenz von 30 kHz, wodurch eine vollständige Beschichtungsentfernung und eine silberweiße Oberfläche des Grundmaterials sichergestellt wird. Dagegen eignen sich für Ölpumpengehäuse Parameter mit einer mittleren Leistung von 30 W, 10 Reinigungszyklen und einer Scangeschwindigkeit von 1500 mm/s am besten, um effizient Oxidschichten zu entfernen, ohne die Substratleistung zu beeinträchtigen.

Die Priorität dieser Parameter variiert: Bei Drehmomentwandlergehäusen hat die durchschnittliche Leistung einen größeren Einfluss als die Wiederholungsfrequenz; bei Ölpumpengehäusen wird die Reinigungswirksamkeit hauptsächlich von der durchschnittlichen Leistung bestimmt, gefolgt von der Anzahl der Reinigungen und der Abtastgeschwindigkeit. Durch die Optimierung der Parameterkombinationen mittels orthogonaler Experimente kann eine Schadstoffentfernungsrate von nahezu 100 % und ein Oberflächen-Sauerstoffgehalt nahe null erreicht werden, was eine solide Grundlage für nachfolgende Remanufacturing-Prozesse bildet. Zudem muss die Energiedichte gepulster Laser streng zwischen der Reinigungsschwelle und der Schadensschwelle kontrolliert werden. Beispielsweise liegt die Reinigungsschwelle von Drehmomentwandlergehäusen bei 5,10 J/cm² und die Schadensschwelle bei 40,56 J/cm². Die präzise Kontrolle des Energiebereichs ist entscheidend für eine sichere und effiziente Reinigung.

Der Kerneffekt der gepulsten Laserreinigung liegt in der Wechselwirkung zwischen Laserstrahlen und Materialien und weist mehrstufige Eigenschaften bei unterschiedlichen Energiedichten auf. Wenn die Energiedichte zwischen 4,59–5,10 J/cm² liegt, verursacht die Laserenergie eine leichte Verschiebung auf der Oberfläche des Schmutzes, wodurch diese glatter wird. Wenn die Energiedichte auf 5,10–15,59 J/cm² ansteigt, beeinflussen die Laserstrahlen die Oberfläche so, dass Wellenstrukturen entstehen und eine nicht-flache Schmelzung erreicht wird. Wenn die Energiedichte 15,59 J/cm² überschreitet, durchlaufen Verunreinigungen nacheinander Schmelz- und Verdampfungsphasenübergänge, begleitet von thermischer Ablation. Bei einer Energiedichte von 25,5 J/cm² entsteht Plasma, was die Reinigungswirkung weiter verstärkt. Wenn die Energiedichte so hoch wie 50,95 J/cm² erreicht, tritt eine Phasenexplosion auf, die eine intensive Ablösung von Verunreinigungen ermöglicht.

Bei der Reinigung von Automobilteilen kann sich dieser Mechanismus präzise an unterschiedliche Schmutzmerkmale anpassen: Bei Rostlöser-Beschichtungen genügen geringere Energiedichten zum Schmelzen und Verdampfen, um eine Entfernung zu ermöglichen; bei dickeren Oxidschichten ermöglicht die Erhöhung der Energiedichte unter Nutzung von Phasenexplosion und Plasmawirkung eine gründliche Reinigung. Der gesamte Prozess hinterlässt keine Rückstände oder Sekundärverschmutzungen und entspricht somit vollständig dem Entwicklungskonzept des grünen Remanufacturings.

Derzeit wurde die gepulste Laserreinigung bereits praktisch in der Remanufaktur von Automobilgetriebeteilen angewendet. Teile, die mit optimierten Prozessen gereinigt wurden, weisen eine ebene Oberflächenmikrotopographie und einen signifikant reduzierten Sauerstoffgehalt auf der Oberfläche auf und erfüllen somit vollständig die Anforderungen der Remanufaktur. Mit der technologischen Weiterentwicklung entwickelt sich die Ausrüstung für die gepulste Laserreinigung hin zur Portabilität und Automatisierung, kann mit Industrierobotern gekoppelt werden und ermöglicht so eine umfassende und effiziente Reinigung von Bauteilen, die den Anforderungen der Serienproduktion gerecht wird.

In Zukunft wird die tiefe Integration der numerischen Simulationstechnologie und experimenteller Forschung eine präzisere Parameterkontrolle bei der Impuls-Laserreinigung ermöglichen, und personalisierte Verfahrenskonzepte für unterschiedliche Materialien und Verunreinigungen werden kontinuierlich entstehen. Gleichzeitig wird die schrittweise Senkung der Gerätekosten und Betriebsschwellen ihre Verbreitung in weiteren Szenarien der Automobilteile-Remanufaktur fördern und damit nachhaltig die grüne und zirkuläre Entwicklung der Automobilindustrie vorantreiben.