Primjene laserskog čišćenja i uklanjanja boje dobile su mnogo pozornosti 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. Pravilnom kontrolom parametara kao što su širina impulsa, gustoća energije, brzina ponavljanja i veličina zrake, laseri se mogu koristiti za izvođenje visokokvalitetnog rada i uklanjanje premaza [Referenca 1] Prednosti laserskog uklanjanja boje mogu se sažeti kako slijedi:
● Manje potrošnog materijala
● Smanjeni sekundarni otpad
● Bez mehaničkih oštećenja podloge zahvaljujući upotrebi 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.
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 je potrebno 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 koeficijentu difuzije 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 učinkovitost ablacije raste s povećanjem stope ponavljanja.
Provedena je studija kako bi se istražili CW i pulsni načini rada lasera koji koristi vlaknasti laser od 1,07 μm [Ref. 2]. U ovoj studiji, isti CW laser bio je uključen i isključen kako bi proizveo impulse 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 (omjeru 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.
Pulsni laser (tj. CW laser uključen i isključen) ima vršnu snagu od 1800 W i prosječnu snagu gotovo jednaku CW laseru, ali kao što se može vidjeti na slici, specifična energija je gotovo 2 puta manja . Pulsni način rada u odnosu na CW način rada. Čini se da CW način rada ima više gubitaka nego pulsirajući način jer je snaga lasera uvijek na vršnoj vrijednosti.
Međutim, način rada lasera nije jedino što treba uzeti u obzir pri odlučivanju hoćete li koristiti pulsirajući (tj. kontinuirani val uključen i isključen) ili kontinuirani val lasera za lasersko čišćenje. Uzorak skeniranja još je jedan važan faktor. Važno je da vrijeme interakcije između laserske zrake i premaza bude kratko kako bi učinak toplinskog oštećenja bio minimalan. 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 [Referenca 3]. Ovi poligonski skeneri mogu podnijeti veće snage 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 kratka vremena interakcije zrake s radnom površinom i dopušta korištenje vrlo velike snage lasera. Slika 4 prikazuje dizajn poligonskog skenera.
Ukratko, odabir korištenja CW ili pulsirajućeg lasera (tj. CW ili klasični laseri kratkog pulsa koji se uključuju i isključuju) za lasersko čišćenje ovisi o nekoliko čimbenika, kao što su vrsta podloge, upijajuća sposobnost premaza, i cijenu lasera. Kombinacija poligonskog skenera i kontinuiranog lasera može proizvesti velike brzine skeniranja i obećavajuća je opcija koja se može razmotriti kada klasični pulsirajući laseri nisu dostupni.
