Anvendelser til laserrensning og malingsfjernelse har fået stor opmærksomhed i de senere år, da traditionelle malingsfjernelsesmetoder som sandblæsning og kemisk malingfjerning genererer en masse miljøforurening. Det er tid til at drage fordel af løsninger til fjernelse af grøn maling. Ved korrekt styring af parametre såsom pulsbredde, energitæthed, gentagelseshastighed og strålestørrelse kan lasere bruges til at udføre arbejde af høj kvalitet og fjerne belægninger [Reference 1] Fordelene ved fjernelse af lasermaling kan opsummeres som følger:
● Færre forbrugsvarer
● Reduceret sekundært affald
● Ingen mekanisk skade på underlaget på grund af brug af kontrollerede laserparametre
● Bedre vedhæftning på grund af reduceret overfladeruhed
● Hurtigere end traditionelle metoder
● Mere effektive end traditionelle metoder
Der er to måder at opnå laserrensning på. Den første er laserablation, hvor en højenergipuls eller en intens kontinuerlig bølgestråle vil generere et plasma i belægningen, og stødbølgen, der genereres af plasmaet, vil sprænge belægningen til partikler. Den anden er termisk nedbrydning, hvor en kontinuerlig bølgestråle med lavere energi eller lang puls kan opvarme overfladen og til sidst fordampe belægningen.
Uanset mekanismen kan ukontrollerede laserparametre beskadige underlaget og forårsage problemer. Både kontinuerlige og pulserende lasere kan bruges til laserrensning, men det er nødvendigt at forstå de forskellige effekter, disse lasere frembringer på forskellige substrater. Absorptionen af en kontinuerlig laser af et substrat afhænger af dets bølgelængde, hvor kortere bølgelængder generelt resulterer i større absorption. For en klassisk pulseret laser er indtrængningsdybden LT i substratet derimod uafhængig af bølgelængden og afhænger i stedet af laserens pulsbredde τp og diffusionskoefficienten D for substratet, som vist i ligning 1.
For en klassisk pulseret laser øger en stigning i pulsbredden ablationstærsklen, som er defineret som den mindste energi, der kræves for at fjerne en enhedsvolumen af materiale i henhold til følgende ligning:
hvor ρ er massefylden, og Hv er fordampningsvarmen (den mængde varme, der kræves for at fordampe en enhedsmasse af materiale i joule pr. gram). Således reducerer længere pulser ablationseffektiviteten. Klassiske pulserende lasere afhænger også af pulsgentagelseshastigheden, hvor ablationseffektiviteten øges med stigende gentagelseshastighed.
En undersøgelse er blevet udført for at undersøge CW og pulserende driftstilstande for en laser ved hjælp af en 1,07 μm fiberlaser [Ref 2]. I denne undersøgelse blev den samme CW-laser tændt og slukket for at producere lange impulser. Denne undersøgelse viste, at i CW-tilstand falder den specifikke energi (defineret som den energi, der kræves for at fjerne en enhedsvolumen af materiale (mm3) i Joule og omvendt proportional med ablationseffektiviteten) med stigende scanningshastighed og lasereffekt. For pulseret tilstand viste det sig, at ablationseffektiviteten var afhængig af arbejdscyklussen (forholdet mellem pulsbredden og tidsintervallet mellem to pulser). Ved at øge arbejdscyklussen øgedes ablationseffektiviteten. Dette er i modsætning til klassiske pulserende lasere, hvor, ved en fast gentagelseshastighed, forøgelse af pulsbredden (og dermed arbejdscyklussen) mindsker ablationseffektiviteten. Figur 3 sammenligner den specifikke energi versus effekt og scanningshastighed for en 1 kHz CW-laser og en pulseret laser (dvs. en CW-laser tændt og slukket) på et rustfrit stålsubstrat.
Den pulserende laser (dvs. en CW-laser tændt og slukket) har en spidseffekt på 1800 W og en gennemsnitlig effekt næsten den samme som CW-laseren, men som det kan ses af figuren, er den specifikke energi næsten 2 gange lavere . Pulserende tilstand versus CW tilstand. CW-tilstand ser ud til at have flere tab end pulserende tilstand, fordi lasereffekten altid er på spidsværdi.
Imidlertid er den måde, hvorpå laseren betjenes, ikke den eneste overvejelse, når man skal beslutte, om der skal bruges en pulseret (dvs. kontinuerlig bølge til og fra) eller en kontinuerlig bølgelaser til laserrensning. Scanningsmønsteret er en anden vigtig overvejelse. Det er vigtigt, at interaktionstiden mellem laserstrålen og belægningen er kort, så effekten af termisk skade er minimal. Dette kan opnås ved at bruge korte pulser med høj spidsintensitet eller ved at bruge en kontinuerlig laser og høje scanningshastigheder.
I betragtning af at kontinuerlig laserkraft generelt er mere kraftfuld, billigere og mere robust end pulserende lasere, er det ikke et dårligt valg til laserrensning. Desværre kan galvanometerscannere, der traditionelt bruges til laserrensning, ikke klare multikilowatt-lasere. Galvanometerscannere, der bruges til højeffektlasere, er også ret tunge og kan ikke køre ved høje scanningshastigheder. Derfor er der blevet foreslået en ny type scanner kaldet en polygonscanner, som kun har én bevægelig del, polygonen [Reference 3]. Disse polygonscannere er i stand til at håndtere højere laserkræfter og har vist sig at være tre gange hurtigere end galvanometerscannere. Ved hjælp af beskedne rotationshastigheder kan polygonscannere producere overfladescanningshastigheder på over 50 meter i sekundet. Denne høje scanningshastighed giver mulighed for korte interaktionstider mellem strålen og arbejdsfladen og tillader brugen af meget høje lasereffekter. Figur 4 viser designet af en polygonscanner.
Sammenfattende afhænger valget af at bruge en CW eller pulserende laser (dvs. CW eller klassiske kortpulslasere, der tændes og slukkes) til laserrensning af flere faktorer, såsom typen af substrat, belægningens absorptionsevne, og prisen på laseren. Kombinationen af en polygonscanner og en kontinuerlig laser kan producere høje scanningshastigheder og er en lovende mulighed, der kan overvejes, når klassiske pulserende lasere ikke er tilgængelige.
