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
● Csökkentett másodlagos hulladék
● Nincs mechanikai sérülés az aljzaton a szabályozott lézerparaméterek használata miatt
● 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.
Bármi is legyen a mechanizmus, az ellenőrizetlen lézerparaméterek károsíthatják a hordozót és problémákat okozhatnak. Lézeres tisztításra mind a folyamatos, mind az impulzuslézer használható, de meg kell érteni, hogy ezek a lézerek milyen különböző hatásokat keltenek a különböző hordozókon. A folytonos lézer szubsztrátum általi abszorpciója a hullámhosszától függ, a rövidebb hullámhosszak általában nagyobb abszorpciót eredményeznek. Ezzel szemben a klasszikus impulzuslézer esetében a szubsztrátumba való LT behatolási mélység független a hullámhossztól, és ehelyett a lézer impulzusszélességétől τp és a szubsztrát D diffúziós együtthatójától 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, ahol az abláció hatékonysága az ismétlési gyakoriság növekedésével nő.
Vizsgálatot végeztek egy lézer CW és impulzus üzemmódjának vizsgálatára 1,07 μm-es szálas lézerrel [Ref 2]. Ebben a vizsgálatban ugyanazt a CW lézert kapcsolták be és ki a hosszú szélességű impulzusok előállításához. 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 impulzus 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 egy be- és kikapcsolt CW lézer) esetén rozsdamentes acél hordozón.
Az impulzuslézer (azaz egy be- és kikapcsolt CW lézer) csúcsteljesítménye 1800 W, átlagos teljesítménye közel megegyezik a CW lézerével, de mint az ábrán látható, a fajlagos energia közel 2-szer kisebb. . Impulzus üzemmód versus CW üzemmód. Úgy tűnik, hogy a CW módban több veszteség van, mint az impulzus üzemmódban, mivel a lézer teljesítménye mindig csúcsértéken van.
Azonban nem a lézer működési módja az egyetlen szempont annak eldöntésekor, hogy impulzusos (azaz folyamatos hullám be- és kikapcsolása) vagy folyamatos hullámú lézert használjunk a lézeres tisztításhoz. A szkennelési minta egy másik fontos szempont. Fontos, hogy a lézersugár és a bevonat közötti kölcsönhatási idő rövid legyen, hogy a hőkárosodás hatása minimális legyen. 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 letapogatási sebességgel. Ezért egy új típusú szkennert javasoltak, amelyet poligon szkennernek neveznek, amelynek csak egy mozgó része van, a sokszög [3. hivatkozás]. Ezek a poligon 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 a sugár rövid interakciós idejét a munkafelülettel, és nagyon nagy lézerteljesítmény használatát teszi lehetővé. A 4. ábra egy poligon szkenner kialakítását mutatja be.
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 lézer költsége. A poligon szkenner és a folyamatos lézer kombinációja nagy pásztázási sebességet eredményezhet, és ígéretes lehetőség, amelyet akkor lehet megfontolni, ha nem állnak rendelkezésre klasszikus impulzuslézerek.
