Приложенията за лазерно почистване и отстраняване на боя получиха много внимание през последните години, тъй като традиционните методи за премахване на боя като пясъкоструене и химическо отстраняване на боя генерират много замърсяване на околната среда. Време е да се възползвате от решенията за премахване на зелена боя. Чрез правилно контролиране на параметри като ширина на импулса, енергийна плътност, честота на повторение и размер на лъча, лазерите могат да се използват за извършване на висококачествена работа и премахване на покрития [Справка 1] Предимствата на лазерното отстраняване на боя могат да бъдат обобщени, както следва:
● По-малко консумативи
● По-малко вторични 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. Първата е лазерна аблация, при която високоенергиен импулс или интензивен непрекъснат вълнов лъч ще генерират плазма в покритието, а ударната вълна, генерирана от плазмата, ще разбие покритието на частици. Второто е термично разлагане, при което по-нискоенергиен непрекъснат вълнов лъч или дълъг импулс може да загрее повърхността и в крайна сметка да изпари покритието. Тези два механизма са показани на фигури 1 и 2.
Фигура 1 Стъпки на лазерна аблация
Фигура 2 Етапи на термично разлагане
Какъвто и да е механизмът, неконтролираните лазерни параметри могат да повредят субстрата и да причинят проблеми. За лазерно почистване могат да се използват както непрекъснати, така и импулсни лазери, но е важно да се разберат различните ефекти, които тези лазери произвеждат върху различни субстрати. Абсорбцията на непрекъснат лазер от субстрат зависи от неговата дължина на вълната, като по-късите дължини на вълните обикновено водят до по-голяма абсорбция. За класически импулсен лазер, от друга страна, дълбочината на проникване LT в субстрата не зависи от дължината на вълната и вместо това зависи от ширината на импулса τp на лазера и коефициента на дифузия D на субстрата, както е показано в уравнение 1.
За класически импулсен лазер 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 Hv е топлината на изпаряване (количеството топлина, необходимо за изпаряване на единица маса материал в джаули на грам). По този начин по-дългите импулси намаляват ефективността на аблация. Класическите импулсни лазери също зависят от честотата на повторение на импулса, като ефективността на аблация нараства с увеличаване на честотата на повторение.
Проведено е проучване, изследващо CW и импулсна работа на лазери, използващи 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 (mm3) 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). Увеличавайки работния цикъл, ефективността на аблация се увеличава. 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 за 1 kHz CW лазер и импулсен лазер (т.е. CW лазер включен и изключен) върху субстрат от неръждаема стомана.
Фигура 3: Левият график показва специфичната CW лазерна енергия спрямо мощността на лазера, а десният график показва 1 kHz импулсна специфична енергия спрямо работния цикъл на лазера
Пиковата мощност на импулсния лазер (т.е. CW лазер, който се включва и изключва) е 1800 W, а средната му мощност е почти същата като на CW лазера, но както може да се види от графиката, специфичната енергия е почти 2 пъти по-ниска. Импулсен режим в сравнение с CW режим. Режимът CW изглежда има повече загуби в сравнение с импулсния режим, тъй като неговата мощност на лазера винаги е на върха.
Режимът на работа на лазера обаче не е единственото съображение при вземането на решение дали да се използва импулсен (т.е. непрекъсната вълна, включена и изключена) или лазер с непрекъсната вълна 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, за да има ефект
термичните щети са минимални. 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 непрекъснатата лазерна мощност обикновено е по-мощна, по-евтина и по-здрава от импулсните лазери, това не е лош избор за лазерно почистване. 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 лазерни мощности и е доказано, че са три пъти по-бързи от скенерите с галванометър. Използвайки скромни скорости на въртене, многоъгълните скенери могат да произвеждат скорости на повърхностно сканиране над 50 метра в секунда. Тази висока скорост на сканиране позволява времето за взаимодействие на лъча с работната повърхност да бъде кратко и позволява използването на много големи лазерни мощности. Скенер Figuygon.
В обобщение, изборът за използване на CW или импулсен лазер (т.е. CW или класически лазери с къс импулс, които се включват и изключват) за лазерно почистване зависи от няколко фактора, като вида на субстрата, абсорбционната способност на покритието и цена на лазера. Комбинацията от многоъгълен скенер и непрекъснат лазер осигурява бързи скорости на сканиране и е обещаваща опция, която да се обмисли, когато не са налични класически импулсни лазери
