Mimo ze w porównaniu z innymi metodami przetwórstwa obróbka laserowa metali i tworzyw sztucznych jest procesem względnie czystym, także w jej trakcie powstają niebezpieczne dymy i pyły, których wdychanie przez dłuższy czas przyczynia się do poważnych dolegliwości zdrowotnych. Dlatego tak ważne jest stosowanie odpowiednich systemów filtracji, które – dobrze dobrane – są w stanie odseparować ponad 99,95% znajdujących się w powietrzu zanieczyszczeń.
Chroniczne obciążenie dymem i pyłami jest również uciążliwe dla maszyn i sprzyja awariom powodującym kosztowne przestoje, i/lub dekalibracji, istotnej zwłaszcza w przypadku obróbki precyzyjnej. Z punktu widzenia przedsiębiorcy problemy te mają istotny wpływ nie tylko na poziom absencji, ale także na wyniki ekonomiczne przedsiębiorstwa obniżane na skutek owej absencji, mniejszej precyzji obróbki oraz przestojów.
Należy jednocześnie zaznaczyć, że odsysanie i filtrowanie dymu i pyłu laserowego nie jest zadaniem, które może być efektywnie realizowane przez zwykłe odkurzacze przemysłowe. Ich celem jest bowiem wyłącznie usuwanie brudu po obróbce, nie zaś – jak w przypadku systemów filtrujących – separacja substancji niebezpiecznych z powietrza. Dlatego też odpowiednio wydajny, dobrany do danej aplikacji system odciągu oraz filtracji dymów i pyłów powinien zostać uwzględniony już na etapie projektowania przyszłej instalacji.
Technologia laserowania a prawo ochrony środowiska
Obowiązek ten znajduje umocowanie także na gruncie polskiego i unijnego prawa. Systemy laserowe zajmują w nim miejsce szczególne: z jednej strony nie wymagają bowiem uzyskania zezwolenia na prowadzenie działalności ze strony organów ochrony środowiska, z drugiej zaś – ze względu na możliwość negatywnego oddziaływania na zdrowie ludzi i otoczenie przyrodnicze – podlegają w pewnej mierze kontroli tych organów. Prawo stanowi bowiem, że jeśli zanieczyszczenia z procesu laserowania nie są filtrowane, istnieje obowiązek zgłoszenia tego faktu i uzgodnienia strategii z Inspektoratem Ochrony Środowiska (Dz.U. 2016 poz. 672).
Obowiązek ten wynika z faktu, że podczas laserowania metali i tworzyw sztucznych wartość emisji szkodliwych gazów i oparów znacznie przekracza dopuszczalne normy określone w Rozporządzeniu Ministra Środowiska z dnia 26 stycznia 2010 r. w sprawie wartości odniesienia dla niektórych substancji w powietrzu. Oznacza to, że ich długotrwałe wdychanie ma negatywne konsekwencje zdrowotne, w tym może prowadzić do rozwoju nowotworów, wad genetycznych, a także zatrucia organizmu.
Dlaczego gazowe produkty obróbki laserowej są tak niebezpieczne?
Zanieczyszczenia przenoszone drogą powietrzną generalnie dzielą się na pięć grup uszeregowane względem ich wielkości:
1) gazy i pary,
2) drobny pył i dym,
3) drobny pył,
4) pył oraz
5) substancje stałe.
W procesie obróbki laserowej mamy do czynienia przede wszystkim z substancjami z dwóch pierwszych grup, tj. gazami procesowymi i dymem.
Gazy procesowe, powstające głównie w procesie obróbki materiałów organicznych, np. tworzyw sztucznych, drewna, tekstyliów czy skóry, składają się z cząsteczek o wielkości rzędu 0,0001-0,001 µm. Niewiele większe są też cząsteczki dymu (0,01 µm) powstającego w wyniku obróbki metali i materiałów nieorganicznych, takich jak szkło czy porcelana. Obie grupy mają zdolność do przenikania przez barierę płuc i przedostawania się tą drogą do krwiobiegu, skutecznie zatruwając organizm i powodując groźne mutacje genów i komórek. Stąd też w Rozporządzeniu Ministra Pracy i Polityki Społecznej z dnia 6 czerwca 2014 r. w sprawie najwyższych dopuszczalnych stężeń i natężeń czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy frakcje te jako respirabilne, czyli przenikające płuca, zostały uznane za szczególnie niebezpieczne, a za górną granicę ich stężenia w środowisku pracy przyjęto – za prawodawstwem unijnym – 3,00 mg/m3. Co więcej, od 2019 r. limit ten ma ulec dalszemu obniżeniu do 1,25 mg/m3.
Rozwiązaniem jest zastosowanie odpowiednio dobranego systemu filtracji, a więc takiego, który zarówno pod względem doboru typu filtrów i wydajności, jak i umiejscowienia odpowiada w pełni potrzebom danej aplikacji. Wszystkie trzy aspekty mają przy tym zasadnicze znaczenie dla właściwego funkcjonowania samego systemu, co oznacza, że zaniedbanie któregokolwiek z nich będzie niezawodnie prowadzić do zmniejszenia skuteczności procesu filtracji zanieczyszczeń.
Krok 1: odpowiedni dobór filtrów
Zestaw filtrów składający się na system filtracji jest ściśle uzależniony od typu obróbki i rodzaju obrabianych materiałów. Dlatego przy ich doborze najlepiej zasięgnąć opinii ekspertów z zakresu filtracji zanieczyszczeń powstających w procesie obróbki laserowej. Niemniej warto znać podstawowe zasady w zakresie podziału filtrów i ich użyteczności w poszczególnych rodzajach obróbki.
I tak, standardowo w urządzeniach filtrujących zanieczyszczenia powstające w procesie laserowania stosuje się filtry wstępne oraz filtry zasadnicze typu HEPA. Zestaw ten może być z powodzeniem stosowany w przypadku obróbki wszystkich metali oraz materiałów nieorganicznych. Natomiast w procesach obróbki tworzyw sztucznych i innych surowców organicznych należy dodatkowo uwzględnić filtr z węglem aktywnym, który wychwytuje wspomniane gazy procesowe o najmniejszej średnicy cząstek. Filtr ten w przypadku urządzeń marki ULT montowany jest bądź w jednej kasecie z filtrem HEPA, bądź – w większych systemach – jako osobna kaseta filtrująca. Z kolei w aplikacjach generujących iskry, takich jak spawanie laserowe, nieodzowny okaże się dodatkowo filtr przeciwiskrowy, który wychwytuje iskry, zapobiegając ich przedostaniu się na inne filtry i niekontrolowanemu zapłonowi filtrowanej mieszanki. Należy sobie bowiem uzmysłowić, że w procesie filtracji łatwopalne mogą być zarówno zanieczyszczenia zmagazynowane na filtrach, jak i sama mieszanka filtrowanych gazów, krążąca w systemie z dużymi prędkościami.
Krok 2: przepływ dostosowany do aplikacji
Drugą kwestią, na którą należy zwrócić uwagę, jest maksymalna przepustowość systemu, która w przypadku urządzeń ULT obejmuje zakres od 80 do 10 000 m3/h. Mówiąc prościej: wartość ta określa maksymalne natężenie strumienia zanieczyszczeń, które system może efektywnie przefiltrować w ciągu 1 godziny. Jest to o tyle istotne, że przy aplikacjach generujących duże ilości zanieczyszczeń niewłaściwy dobór mocy urządzenia może skutkować znacznym obniżeniem efektywności filtracji, a także zwiększoną awaryjnością odciągu.
Poza mocą istotną zmienną w tym przypadku jest także typ zastosowanych filtrów. W zastosowaniach laboratoryjnych czy obróbce pojedynczych detali, w których ilość generowanych zanieczyszczeń w funkcji czasu jest niewielka, wystarczy zastosować systemy kasetowe z wymiennymi filtrami. Ich zaletą są mniejsze rozmiary, relatywnie duża mobilność i niższa cena filtrów; wadą natomiast – konieczność regularnej wymiany wkładów filtracyjnych, które ze względu na niewielką pojemność dosyć szybko się zapełniają. Dlatego w produkcji wielkoseryjnej czy na liniach produkcyjnych stosowanie systemów kasetowych przestaje być opłacalne. Tu dużo lepiej sprawdzą się filtry patronowe, które są co prawda droższe, ale dużo bardziej pojemne, a – co najważniejsze – dzięki funkcji samoczyszczenia wymagają dużo rzadszej wymiany. Są one stosowane w większych urządzeniach przeznaczonych do użytku stacjonarnego na danym stanowisku roboczym.
Krok 3: właściwa lokalizacja odciągu i ramion odciągowych
Na koniec warto pamiętać o takim rozplanowaniu rozmieszczenia urządzeń filtracyjnych, aby zapewnić maksymalną efektywność filtracji przy optymalnych nakładach finansowych. Jak dowodzą producenci systemów filtracji, w większości przypadków najlepszym rozwiązaniem będzie zastosowanie filtracji miejscowej, a więc realizowanej przez układ odciągów, z których każdy obsługuje jedno stanowisko pracy. Nakłady inwestycyjne na organizację takiego systemu będą bowiem nieporównywalnie mniejsze niż koszty budowy centralnego systemu wentylacyjno-filtracyjnego, w którym wszystkie zanieczyszczenia odprowadzane są do jednego urządzenia filtracyjnego. Pojedyncze odciągi są bardziej mobilne i elastyczne: mogą być przenoszone z miejsca na miejsce, a także uzupełniane o dodatkowe filtry w razie zmiany typu lub parametrów obróbki. Co więcej, są też tańsze w eksploatacji, gdyż zużywają znacznie mniej energii elektrycznej niż ich więksi kuzyni, a także dużo bardziej skuteczne – pod warunkiem ich odpowiedniego rozlokowania.
Jak dowodzą liczne przykłady z praktyki produkcyjnej, to właśnie odpowiednie umiejscowienie jest najczęściej bagatelizowanym aspektem podczas instalacji odciągów. Przekonanie, że skoro kupiliśmy najlepsze, odpowiednio dobrane urządzenie, to musi być ono niemal w stu procentach skuteczne jest jednak złudne i sprawdza się tylko w przypadku maszyn zabudowanych, w których zanieczyszczenia odprowadzane są przez połączone bezpośrednio z odciągiem przyłącze na laserze.
W maszynach otwartych końcowa skuteczność filtracji jest wypadkową odległości ramienia odciągowego od strefy obróbczej i typu oprawy, a tym samym – stosunku wychwytywanych zanieczyszczeń do zanieczyszczeń niewychwytywanych. Badania dowodzą bowiem, że podwojenie odległości oprawy od miejsca obróbki skutkuje czterokrotnie większym zapotrzebowaniem na moc urządzenia. Podobnie, jeśli zamocujemy ją pod zbyt dużym kątem w stosunku do kierunku ruchu zanieczyszczeń, skuteczność ich wychwytywania znacznie spadnie. Taki sam skutek będzie miało zastosowanie zbyt wąskiej oprawy. Część zanieczyszczeń będzie bowiem uciekała na boki.
Aby nie popełnić błędu na etapie projektowania instalacji, ostateczny dobór lokalizacji i oprawy urządzenia najlepiej pozostawić ekspertom. Najczęściej w celu określenia podstawowych wymogów aplikacji wystarczy wypełnić krótki formularz (dostępny także na naszej stronie internetowej), a także dołączyć kartę charakterystyki obrabianego materiału. Ta ostatnia pozwoli m.in. stwierdzić, czy jest to surowiec palny (a więc czy trzeba zastosować filtr przeciwiskrowy), a także – jaką masę mają generowane pyły i dymy. Jeśli ich cząsteczki są cięższe od powietrza, będą opadały ku dołowi, co spowoduje, że odciąg zamontowany nad strefą obróbczą okaże się całkowicie nieefektywny.
