Primjene laserskog čišćenja i uklanjanja boje dobile su veliku pozornost posljednjih godina, budući da tradicionalne metode uklanjanja boje kao što su pjeskarenje i kemijsko skidanje boje stvaraju puno zagađenja okoliša. Vrijeme je da iskoristite rješenja za uklanjanje zelene boje. Ispravnim kontroliranjem parametara kao što su širina impulsa, gustoća energije, brzina ponavljanja i veličina zrake, laseri se mogu koristiti za obavljanje visokokvalitetnog rada i uklanjanje premaza [Referenca 1] Prednosti laserskog uklanjanja boje mogu se sažeti kako slijedi:
● Manje potrošnog materijala
● Manje sekundarnog otpada
● Bez mehaničkih oštećenja podloge korištenjem kontroliranih laserskih parametara
● Bolje prianjanje zbog smanjene hrapavosti površine
● Brže od tradicionalnih metoda
● Učinkovitiji od tradicionalnih metoda
Dva su načina za postizanje laserskog čišćenja. Prva je laserska ablacija, gdje će visokoenergetski puls ili intenzivna kontinuirana valna zraka generirati plazmu u premazu, a udarni val koji stvara plazma raznijet će premaz u čestice. Drugi je toplinska dekompozicija, pri čemu kontinuirana valna zraka niže energije ili dugi puls mogu zagrijati površinu i na kraju ispariti premaz. Ova dva mehanizma prikazana su na slikama 1 i 2.
Slika 1 Koraci laserske ablacije
Slika 2 Koraci toplinske razgradnje
Bez obzira na mehanizam, nekontrolirani laserski parametri mogu oštetiti podlogu i uzrokovati probleme. I kontinuirani i pulsni laseri mogu se koristiti za lasersko čišćenje, ali važno je razumjeti različite učinke koje ti laseri proizvode na različitim podlogama. Apsorpcija kontinuiranog lasera od supstrata ovisi o njegovoj valnoj duljini, pri čemu kraće valne duljine općenito rezultiraju većom apsorpcijom. Za klasični pulsirajući laser, s druge strane, dubina prodiranja LT u supstrat neovisna je o valnoj duljini i umjesto toga ovisi o širini pulsa τp lasera i difuznosti D supstrata, kao što je prikazano u jednadžbi 1.
Za klasični pulsirajući laser, povećanje širine pulsa povećava prag ablacije, koji se definira kao minimalna energija potrebna za uklanjanje jedinice volumena materijala prema sljedećoj jednadžbi:
gdje je ρ gustoća, a Hv toplina isparavanja (količina topline potrebna za isparavanje jedinice mase materijala u džulima po gramu). Stoga dulji impulsi smanjuju učinkovitost ablacije. Klasični pulsirajući laseri također ovise o brzini ponavljanja pulsa, pri čemu se učinkovitost ablacije povećava kako se povećava stopa ponavljanja.
Provedena je studija koja je istraživala CW i pulsni rad lasera koji koriste vlaknasti laser od 1,07 μm [Ref. 2]. U ovoj studiji, isti kontinuirani laser bio je uključen i isključen za proizvodnju impulsa velike širine. Ova je studija otkrila da se u CW načinu rada specifična energija (definirana kao energija potrebna za uklanjanje jedinice volumena materijala (mm3) u Joulima i obrnuto proporcionalna učinkovitosti ablacije) smanjuje s povećanjem brzine skeniranja i snage lasera. Za pulsirajući način, utvrđeno je da učinkovitost ablacije ovisi o radnom ciklusu (omjer širine impulsa i vremenskog intervala između dva impulsa). Povećanjem radnog ciklusa povećava se učinkovitost ablacije. To je u suprotnosti s klasičnim pulsirajućim laserima, gdje, pri fiksnoj stopi ponavljanja, povećanje širine impulsa (a time i radnog ciklusa) smanjuje učinkovitost ablacije. Slika 3 uspoređuje specifičnu energiju u odnosu na snagu i brzinu skeniranja za 1 kHz CW laser i pulsirajući laser (tj. CW laser uključen i isključen) na podlozi od nehrđajućeg čelika.
Slika 3: Lijevi grafikon prikazuje specifičnu energiju CW lasera u odnosu na snagu lasera, a desni grafikon prikazuje specifičnu energiju pulsa od 1 kHz u odnosu na radni ciklus lasera
Vršna snaga pulsirajućeg lasera (tj. CW lasera koji se uključuje i isključuje) je 1800 W, a prosječna snaga mu je gotovo jednaka CW laseru, ali kao što se vidi iz grafikona, specifična energija je gotovo 2 puta niže. Pulsni način rada u usporedbi s CW načinom rada. Čini se da CW način rada ima više gubitaka u usporedbi s pulsirajućim načinom jer je njegova laserska snaga uvijek na vrhuncu.
Međutim, način rada lasera nije jedino razmatranje pri odlučivanju hoćete li koristiti pulsirajući (tj. kontinuirani val koji se uključuje i isključuje) ili kontinuirani val lasera za lasersko čišćenje. Način skeniranja također je još jedan važan faktor koji treba razmotriti. Važno je da vrijeme interakcije između laserske zrake i premaza bude kratko kako bi učinak bio
termičko oštećenje je minimalno. To se može postići korištenjem kratkih impulsa s visokim vršnim intenzitetom ili korištenjem kontinuiranog lasera i velikim brzinama skeniranja.
Uzimajući u obzir da je kontinuirana laserska snaga općenito snažnija, jeftinija i robusnija od pulsirajućih lasera, nije loš izbor za lasersko čišćenje. Nažalost, galvanometarski skeneri koji se tradicionalno koriste za lasersko čišćenje ne mogu podnijeti lasere od više kilovata. Galvanometarski skeneri koji se koriste za lasere velike snage također su prilično teški i ne mogu raditi pri velikim brzinama skeniranja. Stoga je predložen novi tip skenera nazvan poligonski skener koji ima samo jedan pokretni dio, poligon [Ref 3]. Ovi poligonski skeneri sposobni su nositi se s većim snagama lasera i pokazalo se da su tri puta brži od galvanometarskih skenera. Koristeći skromne rotacijske brzine, poligonski skeneri mogu proizvesti površinsko skeniranje brzinom većom od 50 metara u sekundi. Ova velika brzina skeniranja omogućuje kratko vrijeme interakcije zrake s radnom površinom i omogućuje korištenje vrlo velike snage lasera. Figuygon skener.
Ukratko, izbor korištenja CW ili pulsirajućeg lasera (tj. CW ili klasični laseri s kratkim pulsom koji se uključuju i isključuju) za lasersko čišćenje ovisi o nekoliko čimbenika, poput vrste podloge, upijajuće sposobnosti premaza i trošak lasera. Kombinacija poligonskog skenera i kontinuiranog lasera proizvodi velike brzine skeniranja i obećavajuća je opcija koju treba razmotriti kada klasični pulsirajući laseri nisu dostupni
