Οι εφαρμογές καθαρισμού και αφαίρεσης χρωμάτων με λέιζερ έχουν λάβει μεγάλη προσοχή τα τελευταία χρόνια, καθώς οι παραδοσιακές μέθοδοι αφαίρεσης χρωμάτων όπως η αμμοβολή και η χημική απογύμνωση βαφής προκαλούν μεγάλη περιβαλλοντική ρύπανση. Είναι καιρός να επωφεληθείτε από τις λύσεις αφαίρεσης πράσινων βαφής. Με τον κατάλληλο έλεγχο παραμέτρων όπως το πλάτος παλμού, η ενεργειακή πυκνότητα, ο ρυθμός επανάληψης και το μέγεθος δέσμης, τα λέιζερ μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την εκτέλεση εργασιών υψηλής ποιότητας και την αφαίρεση επικαλύψεων [Αναφορά 1] Τα πλεονεκτήματα της αφαίρεσης βαφής με λέιζερ μπορούν να συνοψιστούν ως εξής:
● Λιγότερα αναλώσιμα
● Μειωμένα δευτερεύοντα απόβλητα
● Καμία μηχανική βλάβη στο υπόστρωμα λόγω της χρήσης ελεγχόμενων παραμέτρων λέιζερ
● Καλύτερη πρόσφυση λόγω μειωμένης τραχύτητας επιφάνειας
● Ταχύτερη από τις παραδοσιακές μεθόδους
● Πιο αποτελεσματικές από τις παραδοσιακές μεθόδους
Υπάρχουν δύο τρόποι για να επιτευχθεί καθαρισμός με λέιζερ. Το πρώτο είναι η αφαίρεση με λέιζερ, όπου ένας παλμός υψηλής ενέργειας ή μια έντονη συνεχής δέσμη κύματος θα δημιουργήσει ένα πλάσμα στην επικάλυψη και το κρουστικό κύμα που δημιουργείται από το πλάσμα θα εκτινάξει την επικάλυψη σε σωματίδια. Το δεύτερο είναι η θερμική αποσύνθεση, όπου μια δέσμη συνεχών κυμάτων χαμηλότερης ενέργειας ή μεγάλος παλμός μπορεί να θερμάνει την επιφάνεια και τελικά να εξατμίσει την επίστρωση.
Όποιος κι αν είναι ο μηχανισμός, οι ανεξέλεγκτες παράμετροι λέιζερ μπορεί να βλάψουν το υπόστρωμα και να προκαλέσουν προβλήματα. Τόσο τα συνεχή όσο και τα παλμικά λέιζερ μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον καθαρισμό με λέιζερ, αλλά είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε τα διαφορετικά αποτελέσματα που παράγουν αυτά τα λέιζερ σε διαφορετικά υποστρώματα. Η απορρόφηση ενός συνεχούς λέιζερ από ένα υπόστρωμα εξαρτάται από το μήκος κύματος του, με τα μικρότερα μήκη κύματος γενικά να οδηγούν σε μεγαλύτερη απορρόφηση. Για ένα κλασικό παλμικό λέιζερ, από την άλλη πλευρά, το βάθος διείσδυσης LT στο υπόστρωμα είναι ανεξάρτητο από το μήκος κύματος και εξαρτάται από το πλάτος παλμού τp του λέιζερ και τον συντελεστή διάχυσης D του υποστρώματος, όπως φαίνεται στην Εξίσωση 1.
Για ένα κλασικό παλμικό λέιζερ, μια αύξηση στο πλάτος του παλμού αυξάνει το κατώφλι κατάλυσης, το οποίο ορίζεται ως η ελάχιστη ενέργεια που απαιτείται για την αφαίρεση ενός μοναδιαίου όγκου υλικού σύμφωνα με την ακόλουθη εξίσωση:
όπου ρ είναι η πυκνότητα και Hv η θερμότητα εξάτμισης (η ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για την εξάτμιση μιας μονάδας μάζας υλικού σε Joules ανά γραμμάριο). Έτσι, οι μεγαλύτεροι παλμοί μειώνουν την αποτελεσματικότητα της κατάλυσης. Τα κλασικά παλμικά λέιζερ εξαρτώνται επίσης από τον ρυθμό επανάληψης παλμών, όπου η απόδοση κατάλυσης αυξάνεται με την αύξηση του ρυθμού επανάληψης.
Διεξήχθη μια μελέτη για τη διερεύνηση των τρόπων λειτουργίας CW και παλμικής λειτουργίας ενός λέιζερ χρησιμοποιώντας λέιζερ ινών 1,07 μm [Αναφ. 2]. Σε αυτή τη μελέτη, το ίδιο λέιζερ CW ενεργοποιήθηκε και απενεργοποιήθηκε για να παράγει παλμούς μεγάλου πλάτους. Αυτή η μελέτη διαπίστωσε ότι στη λειτουργία CW, η ειδική ενέργεια (που ορίζεται ως η ενέργεια που απαιτείται για την αφαίρεση ενός μοναδιαίου όγκου υλικού (mm3) σε Joules και αντιστρόφως ανάλογη με την απόδοση κατάλυσης) μειώνεται με την αύξηση της ταχύτητας σάρωσης και της ισχύος λέιζερ. Για την παλμική λειτουργία, η απόδοση κατάλυσης βρέθηκε να εξαρτάται από τον κύκλο λειτουργίας (ο λόγος του πλάτους του παλμού προς το χρονικό διάστημα μεταξύ δύο παλμών). Αυξάνοντας τον κύκλο λειτουργίας, η αποτελεσματικότητα της αφαίρεσης αυξήθηκε. Αυτό έρχεται σε αντίθεση με τα κλασικά παλμικά λέιζερ, όπου, με σταθερό ρυθμό επανάληψης, η αύξηση του πλάτους του παλμού (και επομένως του κύκλου λειτουργίας) μειώνει την απόδοση κατάλυσης. Το σχήμα 3 συγκρίνει την ειδική ενέργεια έναντι της ισχύος και της ταχύτητας σάρωσης για ένα λέιζερ CW 1 kHz και ένα παλμικό λέιζερ (δηλαδή, ένα λέιζερ CW ενεργοποιημένο και απενεργοποιημένο) σε ένα υπόστρωμα από ανοξείδωτο χάλυβα.
Το παλμικό λέιζερ (δηλαδή, ένα λέιζερ CW ενεργοποιημένο και απενεργοποιημένο) έχει μέγιστη ισχύ 1800 W και μέση ισχύ σχεδόν ίδια με το λέιζερ CW, αλλά όπως φαίνεται από το σχήμα, η ειδική ενέργεια είναι σχεδόν 2 φορές χαμηλότερη . Παλμική λειτουργία έναντι λειτουργίας CW. Η λειτουργία CW φαίνεται να έχει περισσότερες απώλειες από την παλμική λειτουργία, επειδή η ισχύς λέιζερ είναι πάντα στη μέγιστη τιμή.
Ωστόσο, ο τρόπος λειτουργίας του λέιζερ δεν είναι ο μόνος παράγοντας που πρέπει να λαμβάνεται υπόψη για να αποφασίσετε εάν θα χρησιμοποιήσετε παλμικό (δηλαδή ενεργοποίηση και απενεργοποίηση συνεχούς κύματος) ή λέιζερ συνεχούς κύματος για τον καθαρισμό με λέιζερ. Το μοτίβο σάρωσης είναι ένα άλλο σημαντικό στοιχείο. Είναι σημαντικό ο χρόνος αλληλεπίδρασης μεταξύ της δέσμης λέιζερ και της επίστρωσης να είναι σύντομος, ώστε η επίδραση της θερμικής βλάβης να είναι ελάχιστη. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας σύντομους παλμούς με υψηλή ένταση αιχμής ή χρησιμοποιώντας συνεχές λέιζερ και γρήγορες ταχύτητες σάρωσης.
Λαμβάνοντας υπόψη ότι η συνεχής ισχύς λέιζερ είναι γενικά πιο ισχυρή, φθηνότερη και πιο ανθεκτική από τα παλμικά λέιζερ, δεν είναι κακή επιλογή για καθαρισμό με λέιζερ. Δυστυχώς, οι σαρωτές γαλβανομέτρου που χρησιμοποιούνται παραδοσιακά για τον καθαρισμό με λέιζερ δεν μπορούν να χειριστούν λέιζερ πολλών κιλοβάτ. Οι σαρωτές γαλβανομέτρου που χρησιμοποιούνται για λέιζερ υψηλής ισχύος είναι επίσης αρκετά βαριές και δεν μπορούν να λειτουργήσουν σε υψηλές ταχύτητες σάρωσης. Ως εκ τούτου, έχει προταθεί ένας νέος τύπος σαρωτή που ονομάζεται σαρωτής πολυγώνου που έχει μόνο ένα κινούμενο μέρος, το πολύγωνο [Αναφορά 3]. Αυτοί οι σαρωτές πολυγώνων είναι σε θέση να χειρίζονται υψηλότερες δυνάμεις λέιζερ και έχουν αποδειχθεί ότι είναι τρεις φορές ταχύτεροι από τους σαρωτές γαλβανομέτρου. Χρησιμοποιώντας μέτριες ταχύτητες περιστροφής, οι σαρωτές πολυγώνων μπορούν να παράγουν ταχύτητες σάρωσης επιφάνειας άνω των 50 μέτρων ανά δευτερόλεπτο. Αυτή η υψηλή ταχύτητα σάρωσης επιτρέπει σύντομους χρόνους αλληλεπίδρασης της δέσμης με την επιφάνεια εργασίας και επιτρέπει τη χρήση πολύ υψηλών δυνάμεων λέιζερ. Το σχήμα 4 δείχνει τη σχεδίαση ενός σαρωτή πολυγώνου.
Συνοπτικά, η επιλογή χρήσης CW ή παλμικού λέιζερ (δηλαδή CW ή κλασικά λέιζερ βραχέων παλμών που ενεργοποιούνται και απενεργοποιούνται) για τον καθαρισμό με λέιζερ εξαρτάται από διάφορους παράγοντες, όπως ο τύπος του υποστρώματος, η απορροφητικότητα της επίστρωσης, και το κόστος του λέιζερ. Ο συνδυασμός ενός σαρωτή πολυγώνου και ενός συνεχούς λέιζερ μπορεί να παράγει γρήγορες ταχύτητες σάρωσης και είναι μια πολλά υποσχόμενη επιλογή που μπορεί να ληφθεί υπόψη όταν δεν υπάρχουν διαθέσιμα κλασικά παλμικά λέιζερ.
