Laserrengjøring og malingsfjerningsapplikasjoner har fått mye oppmerksomhet de siste årene, da tradisjonelle malingsfjerningsmetoder som sandblåsing og kjemisk malingsfjerning genererer mye miljøforurensning. Det er på tide å dra nytte av løsninger for fjerning av grønn maling. Ved å kontrollere parametere som pulsbredde, energitetthet, repetisjonshastighet og strålestørrelse på riktig måte, kan lasere brukes til å utføre arbeid av høy kvalitet og fjerne belegg [Referanse 1] Fordelene med fjerning av lasermaling kan oppsummeres som følger:
● Færre forbruksvarer
● Mindre sekundært avfall
● Ingen mekanisk skade på underlaget ved bruk av kontrollerte laserparametere
● Bedre vedheft på grunn av redusert overflateruhet
● Raskere enn tradisjonelle metoder
● Mer effektive enn tradisjonelle metoder
Det er to måter å oppnå laserrensing på. Den første er laserablasjon, hvor en høyenergipuls eller en intens kontinuerlig bølgestråle vil generere et plasma i belegget, og sjokkbølgen som genereres av plasmaet vil sprenge belegget til partikler. Den andre er termisk dekomponering, hvor en kontinuerlig bølgestråle med lavere energi eller lang puls kan varme opp overflaten og til slutt fordampe belegget. Disse to mekanismene er vist i figur 1 og 2.
Figur 1 Laser ablasjonstrinn
Figur 2 Termisk dekomponeringstrinn
Uansett mekanisme, kan ukontrollerte laserparametere skade underlaget og forårsake problemer. Både kontinuerlige og pulserende lasere kan brukes til laserrensing, men det er viktig å forstå de forskjellige effektene disse laserne produserer på forskjellige underlag. Absorpsjonen av en kontinuerlig laser av et substrat avhenger av dets bølgelengde, med kortere bølgelengder som vanligvis resulterer i større absorpsjon. For en klassisk pulset laser derimot, er penetrasjonsdybden LT inn i substratet uavhengig av bølgelengden og avhenger i stedet av pulsbredden τp til laseren og diffusiviteten D til substratet, som vist i ligning 1.
For en klassisk pulset laser øker en økning i pulsbredden ablasjonsterskelen, som er definert som minimumsenergien som kreves for å fjerne en enhetsvolum av materiale i henhold til følgende ligning:
hvor ρ er tettheten og Hv er fordampningsvarmen (mengden varme som kreves for å fordampe en enhetsmasse av materiale i Joule per gram). Dermed reduserer lengre pulser ablasjonseffektiviteten. Klassiske pulsede lasere er også avhengige av pulsrepetisjonsfrekvensen, med ablasjonseffektiviteten økende etter hvert som repetisjonsfrekvensen øker.
En studie er utført for å undersøke CW og pulserende drift av lasere ved bruk av en 1,07 μm fiberlaser [Ref 2]. I denne studien ble den samme kontinuerlige laseren slått av og på for å produsere pulser med lang bredde. Denne studien fant at i CW-modus avtar den spesifikke energien (definert som energien som kreves for å fjerne et enhetsvolum av materiale (mm3) i Joule og omvendt proporsjonal med ablasjonseffektiviteten) med økende skannehastighet og laserkraft. For pulsert modus ble ablasjonseffektiviteten funnet å være avhengig av driftssyklusen (forholdet mellom pulsbredden og tidsintervallet mellom to pulser). Ved å øke driftssyklusen økte ablasjonseffektiviteten. Dette er i motsetning til klassiske pulserende lasere, der ved en fast repetisjonshastighet øker pulsbredden (og dermed driftssyklusen) reduserer ablasjonseffektiviteten. Figur 3 sammenligner den spesifikke energien versus kraften og skannehastigheten for en 1 kHz CW-laser og en pulserende laser (dvs. CW-laser slått på og av) på et rustfritt stålsubstrat.
Figur 3: Det venstre plottet viser den CW laserspesifikke energien versus laserkraften, og den høyre plottet viser den 1 kHz pulsspesifikke energien kontra laserens driftssyklus
Toppeffekten til den pulsede laseren (dvs. CW-laseren som slår seg på og av) er 1800 W, og dens gjennomsnittlige effekt er nesten den samme som CW-laseren, men som det kan observeres fra grafen, er den spesifikke energien nesten 2 ganger lavere. Pulserende modus sammenlignet med CW-modus. CW-modus ser ut til å ha flere tap sammenlignet med pulsmodus fordi lasereffekten alltid er på topp.
Driftsmodusen til laseren er imidlertid ikke den eneste vurderingen når du skal avgjøre om du skal bruke en pulsert (dvs. kontinuerlig bølge slått på og av) eller en kontinuerlig bølgelaser for laserrensing. Skannemodus er også en annen viktig faktor å vurdere. Det er viktig at interaksjonstiden mellom laserstrålen og belegget er kort slik at effekten
av termisk skade er minimal. Dette kan oppnås ved å bruke korte pulser med høy toppintensitet eller ved å bruke en kontinuerlig laser og høye skannehastigheter.
Tatt i betraktning at kontinuerlig laserkraft generelt er kraftigere, billigere og mer robust enn pulserende lasere, er det ikke et dårlig valg for laserrensing. Dessverre kan galvanometerskannere som tradisjonelt brukes til laserrensing ikke håndtere multikilowattlasere. Galvanometerskannere som brukes til høyeffektlasere er også ganske tunge og kan ikke fungere ved høye skannehastigheter. Derfor er det foreslått en ny type skanner kalt en polygonskanner som kun har én bevegelig del, polygonen [Ref 3]. Disse polygonskannere er i stand til å håndtere høyere laserkrefter og har vist seg å være tre ganger raskere enn galvanometerskannere. Ved å bruke beskjedne rotasjonshastigheter kan polygonskannere produsere overflateskanningshastigheter på over 50 meter per sekund. Denne høye skanningshastigheten gjør at interaksjonstiden mellom strålen og arbeidsflaten er kort og tillater bruk av svært høye lasereffekter. Figuygon skanner.
Oppsummert avhenger valget av å bruke en CW eller pulserende laser (dvs. CW eller klassiske kortpulslasere som slås av og på) for laserrensing av flere faktorer, som type underlag, beleggets absorpsjonsevne og kostnaden for laseren. Kombinasjonen av en polygonskanner og en kontinuerlig laser gir høye skannehastigheter og er et lovende alternativ å vurdere når klassiske pulserende lasere ikke er tilgjengelige
