Laserrengöring och färgborttagningsapplikationer har fått stor uppmärksamhet de senaste åren, eftersom traditionella färgborttagningsmetoder som sandblästring och kemisk färgborttagning genererar en hel del miljöföroreningar. Det är dags att dra nytta av lösningar för borttagning av grön färg. Genom att korrekt kontrollera parametrar som pulsbredd, energitäthet, repetitionshastighet och strålstorlek kan lasrar användas för att utföra högkvalitativt arbete och ta bort beläggningar [Referens 1] Fördelarna med borttagning av laserfärg kan sammanfattas enligt följande:
● Färre förbrukningsvaror
● Mindre sekundärt avfall
● Ingen mekanisk skada på substratet med kontrollerade laserparametrar
● Bättre vidhäftning på grund av minskad ytjämnhet
● Snabbare än traditionella metoder
● Effektivare än traditionella metoder
Det finns två sätt att uppnå laserrengöring. Den första är laserablation, där en högenergipuls eller en intensiv kontinuerlig vågstråle genererar ett plasma i beläggningen, och stötvågen som genereras av plasman kommer att spränga beläggningen till partiklar. Den andra är termisk nedbrytning, där en kontinuerlig vågstråle med lägre energi eller lång puls kan värma ytan och så småningom förånga beläggningen. Dessa två mekanismer visas i figurerna 1 och 2.
Figur 1 Laserablationssteg
Figur 2 Termiska nedbrytningssteg
Oavsett mekanism kan okontrollerade laserparametrar skada substratet och orsaka problem. Både kontinuerliga och pulsade lasrar kan användas för laserrengöring, men det är viktigt att förstå de olika effekterna dessa lasrar ger på olika substrat. Absorptionen av en kontinuerlig laser av ett substrat beror på dess våglängd, med kortare våglängder som vanligtvis resulterar i större absorption. För en klassisk pulsad laser, å andra sidan, är penetrationsdjupet LT in i substratet oberoende av våglängden och beror istället på laserns pulsbredd τp och diffusiviteten D hos substratet, som visas i ekvation 1.
För en klassisk pulsad laser ökar en ökning av pulsbredden ablationströskeln, som definieras som den minsta energi som krävs för att avlägsna en enhetsvolym av material enligt följande ekvation:
där ρ är densiteten och Hv är förångningsvärmet (mängden värme som krävs för att förånga en massaenhet av material i joule per gram). Längre pulser minskar således ablationseffektiviteten. Klassiska pulsade lasrar är också beroende av pulsrepetitionshastigheten, med ablationseffektiviteten som ökar när repetitionsfrekvensen ökar.
En studie har genomförts för att undersöka CW och pulsad drift av lasrar med en 1,07 μm fiberlaser [Ref 2]. I denna studie slogs samma kontinuerliga laser på och av för att producera långbreddspulser. Denna studie fann att i CW-läge minskar den specifika energin (definierad som den energi som krävs för att avlägsna en enhetsvolym av material (mm3) i joule och omvänt proportionell mot ablationseffektiviteten) med ökande skanningshastighet och lasereffekt. För pulsat läge visade sig ablationseffektiviteten vara beroende av arbetscykeln (förhållandet mellan pulsbredden och tidsintervallet mellan två pulser). Genom att öka arbetscykeln ökade ablationseffektiviteten. Detta i motsats till klassiska pulsade lasrar, där, vid en fast upprepningshastighet, ökning av pulsbredden (och därmed arbetscykeln) minskar ablationseffektiviteten. Figur 3 jämför den specifika energin mot effekt och skanningshastighet för en 1 kHz CW-laser och en pulsad laser (dvs. CW-laser påslagen och av) på ett substrat av rostfritt stål.
Figur 3: Den vänstra kurvan visar CW-laserspecifik energi kontra lasereffekt, och den högra kurvan visar 1 kHz pulsspecifik energi kontra laserdriftcykel
Toppeffekten för den pulsade lasern (dvs. CW-laser som slår på och av) är 1800 W, och dess genomsnittliga effekt är nästan densamma som CW-lasern, men som kan observeras från grafen är den specifika energin nästan 2 gånger lägre. Pulserande läge jämfört med CW-läge. CW-läget verkar ha fler förluster jämfört med det pulserade läget eftersom dess lasereffekt alltid är på topp.
Laserns driftläge är emellertid inte den enda faktorn för att bestämma om man ska använda en pulsad (dvs. kontinuerlig våg på och av) eller en kontinuerlig våglaser för laserrengöring. Skanningsläget är också en annan viktig faktor att tänka på. Det är viktigt att interaktionstiden mellan laserstrålen och beläggningen är kort så att effekten
termiska skadorna är minimala. Detta kan uppnås genom att använda korta pulser med hög toppintensitet eller genom att använda en kontinuerlig laser och snabba skanningshastigheter.
Med tanke på att kontinuerlig laserkraft i allmänhet är kraftfullare, billigare och mer robust än pulsade lasrar, är det inte ett dåligt val för laserrengöring. Tyvärr kan galvanometerskannrar som traditionellt används för laserrengöring inte hantera multikilowattlasrar. Galvanometerskannrar som används för högeffektlasrar är också ganska tunga och kan inte fungera vid höga skanningshastigheter. Därför har en ny typ av skanner som kallas polygonskanner föreslagits som bara har en rörlig del, polygonen [Ref 3]. Dessa polygonskannrar kan hantera högre lasereffekter och har visat sig vara tre gånger snabbare än galvanometerskannrar. Genom att använda blygsamma rotationshastigheter kan polygonskannrar producera ytavsökningshastigheter på över 50 meter per sekund. Denna höga skanningshastighet gör att strålens interaktionstid med arbetsytan blir kort och tillåter mycket höga lasereffekter att användas. Figuygon skanner.
Sammanfattningsvis beror valet att använda en CW eller pulsad laser (dvs. CW eller klassiska kortpulslasrar som slås på och av) för laserrengöring på flera faktorer, såsom typen av substrat, beläggningens absorptionsförmåga och kostnaden för lasern. Kombinationen av en polygonskanner och en kontinuerlig laser ger snabba skanningshastigheter och är ett lovande alternativ att överväga när klassiska pulsade lasrar inte är tillgängliga
