Laseraushärten von Pulverlacken

In jüngerer Zeit hat sich nun genau diese abschließende Wärmebehandlung vermehrt als Achillesferse des Gesamtprozesses herauskristallisiert. Durchgeführt wird sie bisher zumeist im gasbetriebenen Konvektionsofen, was allein schon angesichts der Gaspreisentwicklung und der CO2-Bilanz fossiler Brennstoffe Fragen aufwirft. Noch weitaus schwerer ins Gewicht fällt indessen, dass der Ofenprozess so viel Energie verbraucht, wie alle übrigen Teilschritte des Beschichtungsprozesses zusammen – und sich überdies das Verhältnis von Durchsatz und Energieaufwand so ungünstig gestaltet, dass sich schwerlich von einem wirtschaftlichen Prozess sprechen lässt, von Klimaschutzfragen ganz zu schweigen. Dieses ökonomisch-ökologische Prozessdefizit hat mehrere Gründe: Da das Angelieren im Konvektionsofen eine vollständige Durchwärmung des zu beschichtenden Bauteils erfordert, muss vor allem bei hohen Blechdicken eine lange Aufheizzeit in Kauf genommen werden. Die Verweilzeit der Bauteile im Ofen beträgt dadurch bis zu 40 Minuten, mit entsprechend negativen Folgen für die Energiebilanz. Zudem reduziert die lange Ofenzeit die Durchsatzrate, die zusätzlich durch den Luftstrom des Ofens beeinträchtigt wird. Da dieser Teile der elektrostatisch anhaftenden Partikel aufwirbeln und dadurch einen Pulverflug verursachen kann, müssen bei der Beschickung große Abstände zwischen den Bauteilen eingehalten werden. Andernfalls droht vor allem bei Farbbeschichtungen eine kritische Verunreinigung durch andersfarbige Partikel. Auch diese Maßnahme schützt indes nur bedingt vor Ausschussrisiken: Muss der Ofendurchlauf kurzfristig angehalten werden – zum Beispiel aufgrund einer technischen Störung – kann es infolge der Temperaturträgheit des Ofens zu einem Überbrennen der Beschichtungen und damit sogar zur Unbrauchbarkeit der Bauteile kommen.

Großer Vorteil des Aushärtens mit Diodenlasern ist der punktgenaue und störungsfreie Energieeintrag: Während beim Ofenprozess das komplette Bauteil durchwärmt wird – und das über einen Luftstrom, der sich für die Durchsatzrate als nachteilig erweist –, wird beim Laseraushärten ein vergleichsweise „kalter“ Prozess realisiert: Die Bestrahlung mit dem passgenau dimensionierten Ultra Wide Spot erwärmt ohne Partikelaufwirbelung immer nur exakt jenen Bereich, der auch tatsächlich beschichtet werden soll. Die Ausgangsleistung des Lasers ist sofort in vollem Umfang verfügbar und wird bei laufendem Prozess binnen Millisekunden angepasst: Eine Closed-Loop-Regelung unter Einsatz eines Pyrometers, das kontinuierlich die Oberflächentemperatur des bestrahlten Bereiches erfasst und die Leistung des Lasers entsprechend adaptiert, stellt sowohl eine lückenlose Prozesskontrolle als auch den richtigen Energieeintrag sicher. In der Aufheizphase lässt sich mit diesem Prozessdesign eine 90-prozentige Erhöhung der Aufheizrate erreichen, was die Bauteil-Verweilzeit signifikant reduziert. Da die großflächige Bestrahlung mit dem Laser keinen Pulverflug verursacht, ist darüber hinaus eine engmaschigere Wärmebehandlung und damit eine deutliche Erhöhung der Durchsatzraten möglich. Last but not least ist durch die ständige Temperaturkontrolle ein Überbrennen der Beschichtung ausgeschossen. Muss der Bauteildurchlauf doch einmal komplett angehalten werden, lässt sich der Laser in Millisekundenschnelle abschalten und der Energieeintrag auf Null reduzieren – sieht man einmal von einer unkritischen Restwärme in der Umgebungsluft ab, die auf die Abstrahlung von Prozesswärme zurückgeht.