Suomalaiskeksintö puhdistaa kenttätykistön järeimmät putket lasersäteellä

Ilmassa on ripaus taikuutta tai tieteisfantasiaa, kun laserpuhdistuslaitteita valmistavan Juhani Tammisen laserpistoolista lähtevä säde alkaa hiljaisen ritinän säestämänä tanssia ruosteisen uuninluukun pinnalla.

Lasersäde piirtää sahalaitaista kuviota luukun pinnalle. Vähitellen ruoste muuttuu höyryksi, ja sen alta paljastuu kiiltävä metallipinta. Puhdistus tapahtuu ilman hionta-aineita, mekaanista kosketusta tai kemikaaleja. Se on laserpuhdistuksen suuri etu perinteisiin menetelmiin verrattuna.

Lasersäteen liikettä ohjataan liiikkuvalla peilillä. Kuva: Petteri Kivimäki

”Laserilla voi puhdistaa lähes kaikkia materiaaleja aina hampaiden pintaan kertyneestä hammaskivestä siltoihin ja tykinputkiin”, suomalaisia laserpuhdistuslaitteita valmistavan V2M2-yhtiön perustaja ja pääomistaja Tamminen sanoo ja tarjoaa pideltäväksi 500 watin teholla toimivan laitteen puhdistuspäätä.

Juhani Tammisen W2M Industries on valmistanut laserpuhdistuslaitteita kohta kymmenen vuotta. Kuva: Petteri Kivimäki

Etäisesti ylikokoista MIG–hitsauspoltinta muistuttava laite käynnistyy liipaisimesta. Kun oikea etäisyys puhdistettavaan pintaan pienen hakemisen jälkeen löytyy, lasersäde alkaa poistaa ruostetta. Puhdistuspään sisällä liikkuvat peilit suuntaavat sädettä niin, että se piirtää puhdistettavalle pinnalle muutaman neliösenttimetrin suuruisen alueen, jossa puhdistuminen tapahtuu.

Suomessa toimii muutamia yrityksiä, jotka valmistavat puhdistamiseen räätälöityjä laserlaitteita. Tammisen yhtiö on valmistanut niitä vuodesta 2017, mutta teoria laserin kaltaisesta voimakkaasta säteestä on vanhempaa perua. Se syntyi jo sata vuotta aiemmin Albert Einsteinin ajatuksissa.

Kesti puoli vuosisataa ennen kuin teoriasta päästiin käytäntöön: ensimmäinen heikko lasersäde välähti vuonna 1960 yhdysvaltalaisessa laboratoriossa. Laserlaitteiden säteen tehoa saatiin kasvatettua muutamasta watista niin, että 1990–luvulla teollisuuskäytössä olevien hitsaus- ja leikkauslasereiden teho laskettiin jo kilowateissa.

Laserpuhdistus toimii hyvin epätasaisilla pinnoilla, sillä säde tunkeutuu myös ahtaisiin koloihin. Ero puhdistetun ja ruostuneen pinnan välillä erottuu selvästi. Kuva: Petteri Kivimäki

Lasersäteen synnyttämiseen käytetään erilaisia tekniikoita. Ensimmäiset teollisuuslaserit perustuivat kaasuseoksen virittämiseen. Näin saatiin aikaan voimakas jatkuva säde.

”Niillä voitiin alkaa leikata terästä ja muita metalleja useiden millimetrien ainevahvuuteen asti.”

Laserteknologian huippua edustaa tänä vuonna operatiiviseen käyttöön otettu israelilaisen Rafael-yhtiön ilmatorjuntakäyttöön kehittämä Iron Beam -laserase, joka pudottaa droneja 100 kilowatin tehoisella lasersäteellä.

Teräksisen työpöydän pinnassa näkyy eri puhdistuskuvioiden piirtämiä jälkiä. Tarkkuutensa ansiosta laserilla voidaan piirtää nopeasti ja tarkasti kuvioita tai kirjaimia metallipinnoille. Kuva: Petteri Kivimäki

Pintojen puhdistamiseen tarkoitetut kuitulaserit eroavat hitsaukseen ja polttoleikkaukseen tarkoitetuista reaktioputkilaitteista siinä, että ne pystyvät pilkkomaan säteen hyvin lyhyiksi, noin 500 nanosekunnin eli 0,0000005 sekunnin mittaisiksi purskeiksi.

Tämä mahdollisti laserin käytön laajentamisen käyttötarkoituksiin, joissa pintojen puhdistaminen ei saa muokata sen alla olevaa materiaalia.

”Kun linssistä purkautuva korkeaenerginen lasersäde osuu pintaan, se irrottaa siitä hiukkasia, jotka höyrystyvät, mutta niiden alla oleva pinta säilyy muuttumattomana.”

Tätä ominaisuutta voidaan hyödyntää esimerkiksi hammaskiven poistossa tai herkkien taideteosten konservoinnissa, kuten Helsingin maamerkin, pronssiin valetun Havis Amanda -patsaan, puhdistuksessa.

Tamminen tarjosi laserpuhdistusta myös ilmastoaktivistien värittämien Eduskuntatalon pylväiden ja saumojen puhdistamiseen.

”Ilmeisesti tekniikkaa pidettiin liian uutena, eikä sitä uskallettu käyttää, vaikka tarjouduin tekemään työn ilmaiseksi.”

Suomessa kehitetty laite puhdistaa tykin putken rihloihin kranaateista tarttuneeet kuparijäämät, jotka ennen piti liuottaa kemiallisesti. Laite toimii kuvan 155 millin panssarihaupitsissa. Kuva: tholit

Eräs laserpuhdistuksen sovellus liittyy tykinputkien puhdistamiseen. Kranaattien johtorenkaista irtoaa suuren paineen ja liukunopeuden vuoksi putkeen kuparia, joka pitää poistaa. Perinteisesti metallijäämät on puhdistettu kemiallisesti ammoniakkipohjaisilla liuottimilla, joiden käyttöön liittyy riskejä.

”Olemme kehittäneet Koreasta Puolustusvoimille hankittujen K9-panssarihaupitsien putkiin sopivan laserpuhdistimen.”

Puolustusvoimat vahvistaa, että laitetta käytetään tarkoitukseen testimielessä. Puolustusvälineteollisuudessa tunnetaan muutenkin kasvavaa kiinnostusta laseraseisiin, jotka tarjoavat tarkan, edullisen ja ympäristöä vähän häiritsevän tekniikan esimerkiksi droonien torjuntaan. Kehityksen vauhdista kertoo se, että Israel otti keväällä operatiiviseen käyttöön oman Iron Beam -nimisen laseraseensa.

Julkisuudessa olleiden tietojen mukaan 100 kilowatin teholla toimiva kuitulaser pystyy torjumaan raketteja, kranaatinheittimen ammuksia ja drooneja jopa 10 kilometrin etäisyydeltä. Satojatuhansia tai jopa miljoonia euroja maksaviin torjuntaohjuksiin verrattuna laser on edullinen käyttää, sillä yhden torjunnan hinnaksi jää vain muutama euro.

Konepajakäytössä laserleikkaus- ja hitsaus tarjoaa säästöjä aikaisempiin tekniikoihin verrattuna. Tehokkuuden kasvu vaikutti, paperi- ja kartonkikoneita valmistava Valmet päätökseen ottaa Jyväskylän Rautpohjan–tehtaallaan laseriin perustuvan robottihitsausjärjestelmä. Se korvaa aiemmin käsityönä tehdyn TIG-hitsauksen. Näin aikaisemmin jopa viikkoja kestänyt kokoonpanohitsaus lyhenee merkittävästi, kun kone voi hitsata paperikonetta kokoon ilman taukoja.