През последните години прилагането на лазерно почистване и отстраняване на боя привлече много внимание, тъй като традиционните методи за отстраняване на боя като пясъкоструене и химическо отстраняване на боя ще доведат до много замърсяване на околната среда.
Време е да се възползвате от решенията за отстраняване на зелена боя. Чрез правилно контролиране на параметри като ширина на импулса, енергийна плътност, честота на повторение и размер на лъча е възможно да се използват лазери за извършване на висококачествена работа и премахване на покрития [Справка 1] Предимствата на лазерното отстраняване на боя могат да бъдат обобщени, както следва:
● Намаление на консумативите
● Намаляване на вторичните отпадъци
● Без механични повреди на основата при използване на контролирани лазерни параметри
● По-добра адхезия поради намалена грапавост на повърхността
● По-бързо от традиционните методи
● По-ефективни от традиционните методи
Има два начина за постигане на лазерно почистване. Първият е лазерна аблация, при която високоенергийни импулси или интензивни непрекъснати вълнови лъчи ще създадат плазма в покритието, а ударните вълни, генерирани от плазмата, ще взривят покритието на частици. Второто е термично разлагане, при което непрекъснат лъч с по-ниска енергия или дълъг импулс може да загрее повърхността и в крайна сметка да изпари покритието. Тези два механизма са показани на фигури 1 и 2.
Независимо от механизма, неконтролираните лазерни параметри могат да повредят субстрата и да създадат проблеми. Както CW, така и импулсните лазери могат да се използват за лазерно почистване, но е важно да се разберат различните ефекти, които тези лазери произвеждат върху различни субстрати.
Абсорбцията на CW лазерна светлина от субстрата зависи от нейната дължина на вълната, обикновено колкото по-къса е дължината на вълната, толкова по-голяма е абсорбцията. От друга страна, за класическите импулсни лазери дълбочината на проникване LT в субстрата не зависи от дължината на вълната, но зависи от ширината на импулса τ p на лазера и коефициента на дифузия D на субстрата, както е показано в уравнение 1.
За класическите импулсни лазери увеличаването на ширината на импулса увеличава прага на аблация, който се определя като минималната енергия, необходима за отстраняване на единица обем материал съгласно следното уравнение:
където ρ е плътността и H v е топлината на изпаряване (количеството топлина, необходимо за изпаряване на единица маса материал в джаули/грам). Следователно по-дългите импулси намаляват ефективността на аблация. Класическите импулсни лазери също разчитат на честотата на повторение на импулса, където ефективността на аблация нараства с увеличаване на честотата на повторение.
Проведено е проучване за изследване на CW и импулсни режими на работа на лазера, като се използва 1,07 μm влакнест лазер [Справка 2]. В това изследване един и същ непрекъснат лазер се включва и изключва, за да произведе импулси с голяма ширина. Това проучване установи, че в CW режим специфичната енергия (дефинирана като енергията, необходима за отстраняване на единица обем материал (mm 3 ), в джаули и обратно пропорционална на ефективността на аблация) намалява с увеличаване на скоростта на сканиране и мощността на лазера . За импулсен режим беше установено, че ефективността на аблация зависи от работния цикъл (отношението на ширината на импулса към интервала от време между два импулса). Увеличаването на работния цикъл подобрява ефективността на аблацията. Това е в контраст с класическите импулсни лазери, където при фиксирана честота на повторение увеличаването на ширината на импулса (и следователно на работния цикъл) намалява ефективността на аблация. Фигура 3 сравнява специфичната енергия спрямо мощността и скоростта на сканиране на 1 kHz CW лазер и импулсен лазер (т.е. CW лазер включен и изключен) върху субстрат от неръждаема стомана.
Пиковата мощност на импулсен лазер (т.е. включен и изключен CW лазер) е 1800 W, а средната му мощност е почти същата като на CW лазер, но както може да се види от графиката, специфичната енергия е почти 2 пъти нисък. Импулсен режим в сравнение с CW режим. Режимът CW изглежда има повече загуби в сравнение с импулсния режим, тъй като неговата мощност на лазера остава на върха.
Режимът на работа на лазера обаче не е единственото съображение при вземането на решение дали да се използват импулсни (т.е. непрекъснати вълни, включени и изключени) или непрекъснати вълнови лазери за лазерно почистване. Режимът на сканиране също е друго важно съображение, което трябва да имате предвид. Важно е времето за взаимодействие между лазерния лъч и покритието да е кратко, така че полученото топлинно увреждане да е минимално. Това може да се постигне чрез използване на кратки импулси с висок пиков интензитет или чрез използване на непрекъснат лазер и високи скорости на сканиране.
Като се има предвид, че непрекъснатото лазерно захранване обикновено е по-мощно, по-евтино и по-здраво от импулсните лазери, използването им за лазерно почистване не е лош вариант. За съжаление галванометровите скенери, традиционно използвани за лазерно почистване, не могат да се справят с многокиловатови лазери.
Скенерите с галванометър, използвани за лазери с висока мощност, също са доста тежки и не могат да работят при високи скорости на сканиране. Поради това е предложен нов тип скенер, наречен многоъгълен скенер, който има само една движеща се част, многоъгълника [Справка 3]. Тези многоъгълни скенери са способни да се справят с по-високи мощности на лазера и е доказано, че са три пъти по-бързи от скенерите с галванометър. Използвайки умерени скорости на въртене, многоъгълните скенери могат да произвеждат скорости на повърхностно сканиране над 50 метра в секунда. Тази висока скорост на сканиране позволява кратки времена на взаимодействие на лъча с работната повърхност и позволява използването на много висока мощност на лазера. Фигура 4 показва дизайна на многоъгълния скенер.
В обобщение, изборът на лазерно почистване с използване на CW или импулсни лазери (т.е. CW включени и изключени или класически къси импулсни лазери) зависи от няколко фактора, като вида на субстрата, абсорбционната способност на покритието и цената на лазера. Комбинацията от многоъгълен скенер и непрекъснат лазер може да доведе до високи скорости на сканиране и е обещаваща опция, която да обмислите, когато не са налични класически импулсни лазери.
