Aplikace laserového čištění a odstraňování nátěrů získaly v posledních letech velkou pozornost, protože tradiční metody odstraňování nátěrů, jako je pískování a chemické odstraňování nátěrů, způsobují velké znečištění životního prostředí. Je čas využít řešení pro odstraňování zeleného nátěru. Správným řízením parametrů, jako je šířka pulzu, hustota energie, opakovací frekvence a velikost paprsku, lze lasery použít k provádění vysoce kvalitní práce a odstraňování povlaků [Odkaz 1] Výhody laserového odstraňování nátěrů lze shrnout následovně:
● Méně spotřebního materiálu
● Méně sekundárního odpadu
● Žádné mechanické poškození substrátu při použití řízených parametrů laseru
● Lepší přilnavost díky snížené drsnosti povrchu
● Rychlejší než tradiční metody
● Účinnější než tradiční metody
Laserové čištění lze dosáhnout dvěma způsoby. První je laserová ablace, kdy vysokoenergetický pulz nebo intenzivní paprsek kontinuální vlny vytvoří plazmu v povlaku a rázová vlna generovaná plazmatem roztrhne povlak na částice. Druhým je tepelný rozklad, kdy kontinuální vlnový paprsek nebo dlouhý pulz s nižší energií může zahřát povrch a případně odpařit povlak. Tyto dva mechanismy jsou znázorněny na obrázcích 1 a 2.
Obrázek 1 Kroky laserové ablace
Obrázek 2 Kroky tepelného rozkladu
Bez ohledu na mechanismus mohou nekontrolované parametry laseru poškodit substrát a způsobit problémy. K čištění laseru lze použít jak kontinuální, tak pulzní lasery, ale je důležité porozumět různým účinkům, které tyto lasery vytvářejí na různých substrátech. Absorpce kontinuálního laseru substrátem závisí na jeho vlnové délce, přičemž kratší vlnové délky obecně vedou k větší absorpci. Na druhé straně u klasického pulzního laseru je hloubka průniku LT do substrátu nezávislá na vlnové délce a závisí místo toho na šířce pulzu τp laseru a difuzivitě D substrátu, jak ukazuje rovnice 1.
U klasického pulzního laseru zvýšení šířky pulzu zvyšuje ablační práh, který je definován jako minimální energie potřebná k odstranění jednotkového objemu materiálu podle následující rovnice:
kde ρ je hustota a Hv je výparné teplo (množství tepla potřebné k odpaření jednotkové hmotnosti materiálu v joulech na gram). Delší pulzy tedy snižují účinnost ablace. Klasické pulzní lasery také závisí na frekvenci opakování pulzu, přičemž účinnost ablace se zvyšuje s rostoucí frekvencí opakování.
Byla provedena studie zkoumající CW a pulzní provoz laserů s použitím vláknového laseru 1,07 μm [odkaz 2]. V této studii byl stejný kontinuální laser zapínán a vypínán, aby produkoval pulzy o velké šířce. Tato studie zjistila, že v režimu CW se specifická energie (definovaná jako energie potřebná k odstranění jednotky objemu materiálu (mm3) v joulech a nepřímo úměrná účinnosti ablace) snižuje s rostoucí rychlostí skenování a výkonem laseru. Pro pulzní režim bylo zjištěno, že účinnost ablace je závislá na pracovním cyklu (poměr šířky pulzu k časovému intervalu mezi dvěma pulzy). Se zvýšením pracovního cyklu se zvýšila účinnost ablace. To je na rozdíl od klasických pulzních laserů, kde při pevné opakovací frekvenci zvýšení šířky pulzu (a tím i pracovního cyklu) snižuje účinnost ablace. Obrázek 3 porovnává měrnou energii versus výkon a rychlost skenování pro 1 kHz CW laser a pulzní laser (tj. CW laser zapnutý a vypnutý) na substrátu z nerezové oceli.
Obrázek 3: Levý graf ukazuje specifickou energii CW laseru versus výkon laseru a pravý graf ukazuje pulzní specifickou energii 1 kHz versus pracovní cyklus laseru
Špičkový výkon pulzního laseru (tj. CW laseru, který se zapíná a vypíná) je 1800 W a jeho průměrný výkon je téměř stejný jako u CW laseru, ale jak je patrné z grafu, měrná energie je téměř 2 krát nižší. Pulzní režim ve srovnání s režimem CW. Zdá se, že režim CW má ve srovnání s pulzním režimem větší ztráty, protože jeho výkon laseru je vždy na špičce.
Provozní režim laseru však není jediným hlediskem při rozhodování, zda použít k čištění laseru pulzní (tj. kontinuální vlnění zapnuté a vypnuté) nebo kontinuální vlnový laser. Režim skenování je také dalším důležitým faktorem, který je třeba zvážit. Je důležité, aby doba interakce mezi laserovým paprskem a povlakem byla krátká, aby se efekt projevil
tepelné poškození je minimální. Toho lze dosáhnout použitím krátkých pulzů s vysokou špičkovou intenzitou nebo použitím kontinuálního laseru a vysokých rychlostí skenování.
Vzhledem k tomu, že kontinuální laserový výkon je obecně výkonnější, levnější a odolnější než pulzní lasery, není to špatná volba pro laserové čištění. Bohužel, galvanometrové skenery tradičně používané pro laserové čištění nezvládají multikilowattové lasery. Galvanometrové skenery používané pro vysoce výkonné lasery jsou také poměrně těžké a nemohou pracovat při vysokých rychlostech skenování. Proto byl navržen nový typ skeneru nazývaný polygonový skener, který má pouze jednu pohyblivou část, polygon [odkaz 3]. Tyto polygonové skenery jsou schopny zpracovat vyšší výkon laseru a bylo prokázáno, že jsou třikrát rychlejší než skenery galvanometrů. Použitím skromných rychlostí otáčení mohou polygonové skenery produkovat rychlosti skenování povrchu přesahující 50 metrů za sekundu. Tato vysoká rychlost skenování umožňuje krátkou dobu interakce paprsku s pracovním povrchem a umožňuje použití velmi vysokých výkonů laseru. Skener Figuygon.
Stručně řečeno, volba použití CW nebo pulzního laseru (tj. CW nebo klasických krátkopulzních laserů, které se zapínají a vypínají) pro čištění laseru závisí na několika faktorech, jako je typ substrátu, nasákavost povlaku a náklady na laser. Kombinace polygonového skeneru a kontinuálního laseru poskytuje vysoké rychlosti skenování a je slibnou možností, kterou je třeba zvážit, když nejsou k dispozici klasické pulzní lasery
