Ziel der Entwicklung

Ziel des vorliegenden Forschungsvorhabens war die Entwicklung eines konkurrenzfähigen Entlackungsverfahrens zu den konventionell angewendeten Verfahren mechanisches Strahlen und Reinigung unter Einsatz von chemischen Lösemitteln. Bei den herkömmlichen Verfahren fallen große Mengen an Abfall an. Diese bestehen zu großen Teilen aus den Produktionsmitteln, die für die Entfernung der organischen Beschichtung benötigt werden. Beim mechanischen Strahlen beispielsweise fallen pro Stunde 60 bis 600 kg Strahlschutt bei einer Flächenleistung von 2,5 bis 10 m²/h für eine Schichtdicke von 160 bis 500 µm an. Dabei ist der geringere Teil des Strahlschutts die abgestrahlte Beschichtung.
Für eine Etablierung der Laserentlackung als konkurrenzfähiges Verfahren zu den konventionellen Verfahren ist der Nachweis der Korrosionsschutzwirkung der laserentlackten und anschließend neubeschichteten Oberfläche gemäß den aktuellen Forderungen der Normung notwendig.
Die Entlackung mittels Laser vereint zwei Arbeitsschritte:
1. Abtrag der organischen Beschichtung
2. Vorbereitung der Substratoberfläche
Damit stellt die Laserentlackung ein hybrides Bearbeitungsverfahren dar. Zielstellung bei den durchgeführten Entlackungsversuchen war das Freilegen und Erhalten der Substratoberfläche und deren Topographie, die schon vor der organischen Beschichtung durch konventionelle Vorbereitungs- und Vorbehandlungsverfahren erzeugt wurde. Weiterhin sollte die entlackte Substratoberfläche ausreichend sauber sein. Um die Sauberkeit bewerten zu können, wurden Grenzwerte angenommen, deren Aussagekraft in Bezug auf die Laserentlackung geprüft werden musste. Diese Grenzwerte wurden auf Basis des DIN-Fachbericht 28 und einem Forschungsprojekt zur lösemittelhaltigen Reinigung festgelegt.

Vorteile und Lösungen

Ziel des durchgeführten Forschungsprojektes war die korrosionsschutzgerechte Entlackung von organischen Beschichtungssystemen und gleichzeitige Oberflächenvorbereitung mittels Laser. Der Laser hatte die Aufgabe, das applizierte Beschichtungssystem möglichst rückstandsfrei zu entfernen und dabei die Substratoberfläche nicht zu verändern. Für den Nachweis der Korrosionsschutzwirkung der auf den entlackten Oberflächen applizierten Beschichtungssysteme wurden die gemäß DIN EN ISO 12944 6 geforderten Laborbelastungen und Haftfestigkeitsuntersuchungen durchgeführt.
Bei den in den Hauptversuchen untersuchten Pulverbeschichtungssystemen wurde an der entlackten Substratoberfläche eine veränderte Oberflächentopographie mit deutlich kleineren Rauheitskennwerten ermittelt. Weiterhin wurde die Sauberkeit der entlackten Substratoberfläche von mittel bis gut bewertet. Auch die Laborbelastungen und die Haftfestigkeitsuntersuchungen zeigen gute Ergebnisse. Für die bei den Hauptversuchen untersuchten Pulverbeschichtungssystemen konnte die Laserentlackung als korrosionsschutzgerechte Oberflächenvorbereitung nachgewiesen werden. Allerdings ist die Bearbeitungsdauer (Entlackungsdauer) für diese Beschichtungssysteme sehr lang, so dass die Laserentlackung für großflächige Bereiche momentan nicht wirtschaftlich ist.
Die in den Hauptversuchen untersuchten lösemittelhaltig beschichteten Proben zeigen nach der Laserentlackung eine deutlich geringere Beeinflussung der Substratoberfläche als die pulverbeschichteten Proben. Das bedeutet, dass die Rauheit nicht so stark abnimmt und die ursprüngliche Topographie der Substratoberfläche zwar abgerundet, aber noch ersichtlich ist. Allerdings wurde die Sauberkeit der Substratoberfläche mit mangelhaft bewertet, da die gemessenen Werte für die Restkohlenstoffbelegung die gesetzten Grenzwerte um mindestens das Fünffache übersteigen. Der Nachweis der Korrosionsschutzwirkung wurde bei den Proben mit dem dreischichtigen zinkstaubhaltigen Beschichtungssystem und den feuerverzinkten Proben mit dem zweischichtigen Beschichtungssystem erbracht. Damit wurden für diese beiden Probenvarianten auch die Laserentlackung als korrosionsschutzgerechte Oberflächenvorbereitung nachgewiesen. Allerdings wurde bei dem feuerverzinkten Stahlsubstrat ein Abtrag des Zinküberzuges festgestellt, wodurch der Korrosionsschutz geschwächt wird. Bei den Proben mit dem dreischichtigen Beschichtungssystem mit zinkphosphathaltiger Grundbeschichtung wurde eine zu große Unterrostung am Ritz ermittelt, wodurch ein ausreichender Korrosionsschutz für diese Probenvariante nicht nachgewiesen werden konnte. Auch bei den Proben mit den lösemittelhaltigen Beschichtungssystemen war die Bearbeitungsdauer lang, wodurch die Laserentlackung für die großflächige Entlackung von lösemittelhaltigen Beschichtungssystemen momentan unwirtschaftlich ist.
Zusammenfassend konnte die Entlackung von organischen Beschichtungssystemen und die korrosionsschutzgerechte Oberflächenvorbereitung des Substratwerkstoffes für fast alle untersuchen Probenvarianten nachgewiesen werden. Für die Anwendung von Vorteil ist die örtlich genaue Abgrenzung des Laserentlackens sowie der Abtrag einzelner Schichten. Beim Abtrag einzelner Schichten treten allerdings noch Probleme auf. Zum einen werden die Korrosionsschutzanforderungen nicht vollständig erfüllt (es wurde eine zu große Unterrostung am Ritz ermittelt) und des Weiteren weist die neubeschichtete Deckbeschichtung bei der pulverbeschichteten Proben kein schönes optisches Aussehen auf. Auch die Anwendung der Laserentlackung als Baustellenverfahren ist momentan nicht möglich, da der Laserabtrag der mobilen, handgeführten Systeme aufgrund des menschlichen Einflusses ungleichmäßig ist. Weiterhin wurde gezeigt, dass die gesetzten Grenzwerte für die Restkohlenstoffbelegung und die dazugehörigen Einschätzungen sich zu den ermittelten Haftfestigkeiten nicht analog verhalten. Daher müssen bei der Laserentlackung neue Grenzwerte für die Restkohlenstoffbelegung ermittelt werden.
Bei der Anwendung des Laserentlackens ist immer auf eine gute Absaugung der entstehenden Gase zu achten. In der ungefilterten Abluft befinden sich einige Stoffe oder genauer gesagt Verbindungen, bei denen der jeweilige Grenzwert wie der MAK oder AGW überschritten wird. Um den Arbeiter ausreichend zu schützen, ist auf die richtige Dimensionierung der Absauganlage zu achten.

Zielgruppe und Zielmarkt

Die erzielten Forschungsergebnisse werden hauptsächlich den Bereichen Entlackung, Oberflächentechnik und Lasertechnik zugeordnet. Dabei handelt es sich vor allem um Unternehmen, die bereits etablierte Entlackungsverfahren anwenden. Die genannten Betriebe zählen zum Großteil zur Gruppe der klein- und mittelständischen Unternehmen. Der Umsatz dieser Unternehmen wird durch die gesetzlichen Auflagen hinsichtlich der Sicherheit am Arbeitsplatz und der Entsorgung von Abfallprodukten gehemmt. Bei der derzeitigen Entfernung von organischen Beschichtungen werden hauptsächlich mechanische Abtragverfahren oder das Ablösen mit chemischen Lösemitteln, zum Beispiel Ameisensäure, angewendet. Dabei entstehen große Mengen an Abfall, der nicht nur aus der entfernten Beschichtung sondern auch aus den verwendeten Prozessmedien besteht. Die Anwendung der Laserentlackung führt zu einer Reduzierung der Abfallmengen und somit auch zu einer enormen Kostenreduzierung. Daher ist es notwendig, den Anwendern der Lasertechnik oder genauer gesagt von Entlackungsverfahren die Möglichkeiten einer alternativen Entlackungsvariante näher zu bringen. Durch das vermittelte Wissen kann eine Diskussionsgrundlage für nachfolgende Projekte gebildet werden. Voraussetzung dafür ist die Umsetzung des Verfahrens in die Praxis. Dazu ist erforderlich, dass auch die Hersteller von entsprechenden Laseranlagen oder Laserquellen zur wirtschaftlichen Verwertung der erzielten Forschungsergebnisse auf dem Markt beitragen. Diesbezüglich wurden bereits im Rahmen der Projektarbeit Entlackungen bei zwei Laseranlagenherstellern durchgeführt. Dadurch konnte die Anwendbarkeit des Laserentlackens auf am Markt vorhandene Laseranlagen untersucht werden.
Die FuE-Ergebnisse werden durch folgende Zielgruppen wirtschaftlich verwertet und angewendet:
- Lohnentlacker
- Anwender im Bereich der Oberflächentechnik, die bisher in Ihren Prozessen die konventionellen Entlackungsverfahren anwenden
- Hersteller von Laseranlagen
Von der Industrie wird seit Jahren immer öfter der Einsatz von umweltfreundlicheren Entlackungsverfahren gefordert. Die Lasertechnik drängt aufgrund ihrer Präzision und einfachen Steuerung in immer weitere Anwendungsfelder vor. Die Verknüpfung der Lasertechnik zur Entfernung von organischen Beschichtungen ist aktuell eher als Nischentechnologie der Entlackungsverfahren anzusehen. Die etablierte Anwendung zur vollständigen Entfernung organischer Beschichtungssysteme beschränkt sich derzeit auf Bauteile aus dem Substratwerkstoff Aluminium. Des Weiteren werden zum jetzigen Stand der Technik nur kleine Flächenbereiche mittels Laser entlackt, da die Flächenleistung im Vergleich zu den anderen Verfahren zu gering ist. Eine Anwendung der Laserentlackung auf kleine Flächenbereiche ist die Markierung von Bauteilen mit beispielsweise Logos oder Schriftzügen. Ein weiteres Beispiel ist die Vorbereitung von Klebflächen oder die Entlackung von Kontakten. Dabei wird das Beschichtungssystem gezielt an einigen Stellen vollständig oder teilweise entfernt.
Bei allen nach aktuellem Stand angewendeten Verfahren in der Laserentlackung ist die Kombination aus vollständiger Entlackung und nachfolgendem Korrosionsschutz nicht gegeben. Diese Lücke konnte durch das abgeschlossene Forschungsvorhaben geschlossen werden. Allerdings traten während der Bearbeitungsphase einige Hindernisse auf, die eine sofortige Markteinführung der Laserentlackung erschweren. Auf die Markteinführung und die vorhandenen Hindernisse wird im folgenden Kapitel genauer eingegangen.