A lézeres tisztítási és festékeltávolítási alkalmazások az elmúlt években nagy figyelmet kaptak, mivel a hagyományos festékeltávolítási módszerek, mint a homokfúvás és a vegyszeres festékeltávolítás nagymértékben szennyezik a környezetet. Ideje kihasználni a zöldfesték-eltávolító megoldásokat. Az olyan paraméterek megfelelő szabályozásával, mint az impulzusszélesség, az energiasűrűség, az ismétlési gyakoriság és a sugárméret, a lézerek segítségével kiváló minőségű munkavégzést és bevonatok eltávolítását lehet végezni [1. hivatkozás] A lézeres festékeltávolítás előnyei a következőkben foglalhatók össze:
● Kevesebb fogyóeszköz
● Kevesebb másodlagos hulladék
● Ellenőrzött lézerparaméterek esetén nincs mechanikai sérülés az alapfelületen
● Jobb tapadás a csökkent felületi érdességnek köszönhetően
● Gyorsabb, mint a hagyományos módszerek
● Hatékonyabb, mint a hagyományos módszerek
A lézeres tisztításnak két módja van. Az első a lézeres abláció, ahol egy nagy energiájú impulzus vagy egy intenzív folyamatos hullámsugár plazmát hoz létre a bevonatban, és a plazma által generált lökéshullám részecskékre robbantja a bevonatot. A második a termikus bomlás, ahol egy kisebb energiájú folytonos hullámsugár vagy hosszú impulzus felmelegítheti a felületet, és végül elpárologtathatja a bevonatot. Ez a két mechanizmus az 1. és 2. ábrán látható.
1. ábra A lézeres abláció lépései
2. ábra A termikus bomlás lépései
Bármi is legyen a mechanizmus, az ellenőrizetlen lézerparaméterek károsíthatják a hordozót és problémákat okozhatnak. A folyamatos és impulzusos lézerek egyaránt használhatók lézeres tisztításra, de fontos megérteni, hogy ezek a lézerek milyen különböző hatásokat keltenek a különböző hordozókon. A folytonos lézer szubsztrátum általi elnyelése a hullámhosszától függ, a rövidebb hullámhosszak általában nagyobb abszorpciót eredményeznek. Ezzel szemben egy klasszikus impulzuslézer esetében a szubsztrátba való LT behatolási mélység független a hullámhossztól, és ehelyett a lézer impulzusszélességétől τp és a szubsztrát D diffúziós képességétől függ, amint azt az 1. egyenlet mutatja.
Klasszikus impulzuslézer esetén az impulzusszélesség növelése növeli az ablációs küszöböt, amelyet az alábbi egyenlet szerint egy egységnyi anyag térfogatának eltávolításához szükséges minimális energiaként határoznak meg:
ahol ρ a sűrűség, Hv pedig a párolgási hő (az egységnyi anyagtömeg elpárologtatásához szükséges hőmennyiség Joule per grammban). Így a hosszabb impulzusok csökkentik az abláció hatékonyságát. A klasszikus impulzuslézerek az impulzusismétlési sebességtől is függnek, az abláció hatékonysága az ismétlési gyakoriság növekedésével nő.
Vizsgálatot végeztek a lézerek CW és impulzusos működésének vizsgálatára 1,07 μm-es szálas lézerrel [Ref 2]. Ebben a vizsgálatban ugyanazt a folyamatos lézert kapcsolták be és ki, hogy hosszú szélességű impulzusokat állítsanak elő. Ez a tanulmány megállapította, hogy CW módban a fajlagos energia (amelyet egységnyi anyagtérfogat (mm3) Joule-ban kifejezett eltávolításához szükséges energiaként határoz meg, és fordítottan arányos az ablációs hatékonysággal) a pásztázási sebesség és a lézerteljesítmény növekedésével csökken. Az impulzusos üzemmódban az abláció hatékonysága a munkaciklustól függ (az impulzusszélesség és a két impulzus közötti időintervallum aránya). A munkaciklus növelésével nőtt az abláció hatékonysága. Ez ellentétben áll a klasszikus impulzuslézerekkel, ahol rögzített ismétlési gyakoriság mellett az impulzusszélesség (és ezáltal a munkaciklus) növelése csökkenti az abláció hatékonyságát. A 3. ábra összehasonlítja a fajlagos energiát a teljesítmény és a pásztázási sebesség függvényében egy 1 kHz-es CW lézer és egy impulzuslézer (azaz be- és kikapcsolt CW lézer) esetén rozsdamentes acél hordozón.
3. ábra: A bal oldali diagram a CW lézer fajlagos energiáját mutatja a lézerteljesítmény függvényében, a jobb oldali pedig az 1 kHz-es impulzus fajlagos energiát mutatja a lézer munkaciklusának függvényében
Az impulzuslézer (azaz a be- és kikapcsoló CW lézer) csúcsteljesítménye 1800 W, átlagos teljesítménye közel megegyezik a CW lézerével, de ahogy a grafikonon is látható, a fajlagos energia közel 2 alkalommal alacsonyabb. Impulzus üzemmód a CW módhoz képest. Úgy tűnik, hogy a CW mód vesztesége nagyobb az impulzusos üzemmódhoz képest, mivel a lézerteljesítménye mindig csúcson van.
Azonban nem a lézer működési módja az egyetlen szempont annak eldöntésében, hogy impulzusos (vagyis folyamatos hullámú be- és kikapcsolt) vagy folyamatos hullámú lézert használjunk a lézeres tisztításhoz. A szkennelési mód is egy másik fontos szempont, amelyet figyelembe kell venni. Fontos, hogy a lézersugár és a bevonat közötti interakciós idő rövid legyen, hogy a hatás érvényesüljön
a hőkárosodás minimális. Ez rövid impulzusok, nagy csúcsintenzitású, vagy folyamatos lézer és gyors pásztázási sebesség használatával érhető el.
Figyelembe véve, hogy a folyamatos lézerteljesítmény általában erősebb, olcsóbb és masszívabb, mint az impulzuslézerek, nem rossz választás a lézeres tisztításhoz. Sajnos a hagyományosan lézeres tisztításra használt galvanométer szkennerek nem képesek kezelni a több kilowattos lézereket. A nagy teljesítményű lézerekhez használt galvanométer szkennerek is meglehetősen nehezek, és nem működnek nagy pásztázási sebességgel. Ezért egy új típusú szkennert javasoltak, amelyet poligon szkennernek neveznek, és amelynek csak egy mozgó része van, a sokszög [Ref 3]. Ezek a sokszögletű szkennerek nagyobb lézerteljesítmény kezelésére képesek, és kimutatták, hogy háromszor gyorsabbak, mint a galvanométeres szkennerek. Szerény forgási sebességgel a sokszögletű szkennerek másodpercenként 50 métert meghaladó felületi pásztázási sebességet képesek produkálni. Ez a nagy pásztázási sebesség lehetővé teszi, hogy a sugár és a munkafelület közötti interakciós idő rövid legyen, és nagyon nagy lézerteljesítményt használjon. Figuygon szkenner.
Összefoglalva, a lézeres tisztításhoz CW vagy impulzuslézer (azaz CW vagy klasszikus rövid impulzusú lézerek, amelyek be- és kikapcsolnak) használata több tényezőtől függ, mint például a hordozó típusától, a bevonat nedvszívó képességétől és a a lézer költsége. A sokszögletű szkenner és a folyamatos lézer kombinációja nagy pásztázási sebességet biztosít, és ígéretes választási lehetőség, ha nem állnak rendelkezésre klasszikus impulzuslézerek
