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
● Snížení sekundárního odpadu
● Žádné mechanické poškození substrátu díky 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.
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 nutné pochopit různé efekty, které tyto lasery produkují na různé substráty. 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 difúzním koeficientu 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. Na frekvenci opakování pulsů jsou závislé i klasické pulzní lasery, kde se s rostoucí frekvencí opakování zvyšuje účinnost ablace.
Byla provedena studie za účelem zkoumání CW a pulzních provozních režimů laseru s použitím vláknového laseru 1,07 μm [odkaz 2]. V této studii byl stejný CW laser zapínán a vypínán, aby produkoval pulzy velké šířky. 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 závisí 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.
Pulzní laser (tj. CW laser zapnutý a vypnutý) má špičkový výkon 1800 W a průměrný výkon téměř stejný jako CW laser, ale jak je vidět z obrázku, měrná energie je téměř 2x nižší. . Pulzní režim versus CW režim. Zdá se, že režim CW má větší ztráty než pulzní režim, protože výkon laseru je vždy na špičkové hodnotě.
Režim, ve kterém je laser provozován, však není jediným hlediskem při rozhodování, zda použít pro čištění laseru pulzní (tj. kontinuální vlnění zapínání a vypínání) nebo kontinuální vlnový laser. Vzor skenování je dalším důležitým faktorem. Je důležité, aby doba interakce mezi laserovým paprskem a povlakem byla krátká, aby byl vliv tepelného poškození 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 běžet 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 zvládnout vyšší výkon laseru a ukázalo se, 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 krátké doby interakce paprsku s pracovním povrchem a umožňuje použití velmi vysokých výkonů laseru. Obrázek 4 ukazuje návrh polygonového skeneru.
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 cena laseru. Kombinace polygonového skeneru a kontinuálního laseru může produkovat vysoké rychlosti skenování a je slibnou možností, kterou lze zvážit, když nejsou k dispozici klasické pulzní lasery.
