Aplicațiile de curățare cu laser și de îndepărtare a vopselei au primit multă atenție în ultimii ani, deoarece metodele tradiționale de îndepărtare a vopselei, cum ar fi sablare și decapare chimică a vopselei generează multă poluare a mediului. Este timpul să profitați de soluțiile de îndepărtare a vopselei verzi. Prin controlul corect al parametrilor cum ar fi lățimea impulsului, densitatea energiei, rata de repetiție și dimensiunea fasciculului, laserele pot fi utilizate pentru a efectua lucrări de înaltă calitate și pentru a îndepărta acoperirile [Referința 1] Avantajele îndepărtarii vopselei cu laser pot fi rezumate după cum urmează:
● Mai puține consumabile
● Mai puține deșeuri secundare
● Fără deteriorare mecanică a substratului utilizând parametri laser controlați
● Aderență mai bună datorită rugozității reduse a suprafeței
● Mai rapid decât metodele tradiționale
● Mai eficiente decât metodele tradiţionale
Există două moduri de a realiza curățarea cu laser. Prima este ablația cu laser, în care un impuls de înaltă energie sau un fascicul intens de undă continuă va genera o plasmă în acoperire, iar unda de șoc generată de plasmă va arunca acoperirea în particule. A doua este descompunerea termică, unde un fascicul de undă continuă cu energie mai mică sau un impuls lung poate încălzi suprafața și în cele din urmă evapora stratul de acoperire. Aceste două mecanisme sunt prezentate în figurile 1 și 2.
Figura 1 Etapele ablației cu laser
Figura 2 Etape de descompunere termică
Oricare ar fi mecanismul, parametrii laser necontrolați pot deteriora substratul și pot cauza probleme. Atât laserele continue, cât și cele pulsate pot fi utilizate pentru curățarea cu laser, dar este important să înțelegem diferitele efecte pe care aceste lasere le produc pe diferite substraturi. Absorbția unui laser continuu de către un substrat depinde de lungimea de undă a acestuia, lungimi de undă mai scurte ducând în general la o absorbție mai mare. Pentru un laser pulsat clasic, pe de altă parte, adâncimea de penetrare LT în substrat este independentă de lungimea de undă și depinde în schimb de lățimea impulsului τp a laserului și de difuzivitatea D a substratului, așa cum se arată în ecuația 1.
Pentru un laser pulsat clasic, o creștere a lățimii impulsului crește pragul de ablație, care este definit ca energia minimă necesară pentru a îndepărta o unitate de volum de material conform următoarei ecuații:
unde ρ este densitatea și Hv este căldura de vaporizare (cantitatea de căldură necesară pentru a vaporiza o unitate de masă de material în Jouli pe gram). Astfel, impulsurile mai lungi reduc eficiența ablației. Laserele clasice cu pulsații depind și de rata de repetare a pulsului, eficiența ablației crescând pe măsură ce rata de repetiție crește.
A fost efectuat un studiu care investighează funcționarea CW și în impulsuri a laserelor folosind un laser cu fibră de 1,07 μm [Ref 2]. În acest studiu, același laser continuu a fost pornit și oprit pentru a produce impulsuri de lățime lungă. Acest studiu a constatat că în modul CW, energia specifică (definită ca energia necesară pentru a îndepărta o unitate de volum de material (mm3) în Jouli și invers proporțională cu eficiența ablației) scade odată cu creșterea vitezei de scanare și a puterii laserului. Pentru modul în impulsuri, eficiența ablației s-a dovedit a fi dependentă de ciclul de funcționare (raportul dintre lățimea impulsului și intervalul de timp dintre două impulsuri). Creșterea ciclului de lucru, eficiența ablației a crescut. Acest lucru este în contrast cu laserele clasice cu impulsuri, unde, la o rată fixă de repetiție, creșterea lățimii impulsului (și, prin urmare, ciclul de lucru) scade eficiența ablației. Figura 3 compară energia specifică față de putere și viteza de scanare pentru un laser CW de 1 kHz și un laser pulsat (adică, laserul CW pornit și oprit) pe un substrat din oțel inoxidabil.
Figura 3: Graficul din stânga arată energia specifică laserului CW față de puterea laserului, iar graficul din dreapta arată energia specifică impulsului de 1 kHz față de ciclul de lucru al laserului
Puterea de vârf a laserului pulsat (adică, laserul CW care pornește și se oprește) este de 1800 W, iar puterea sa medie este aproape aceeași cu a laserului CW, dar după cum se poate observa din grafic, energia specifică este de aproape 2 ori mai jos. Modul pulsat în comparație cu modul CW. Modul CW pare să aibă mai multe pierderi în comparație cu modul pulsat, deoarece puterea laserului este întotdeauna la vârf.
Cu toate acestea, modul de funcționare al laserului nu este singurul aspect care trebuie luat în considerare pentru a decide dacă să utilizați un laser pulsat (adică, undă continuă pornită și oprită) sau un laser cu undă continuă pentru curățarea laserului. Modul de scanare este, de asemenea, un alt aspect important de luat în considerare. Este important ca timpul de interacțiune dintre fascicul laser și acoperire să fie scurt, astfel încât efectul
daunele termice sunt minime. Acest lucru poate fi realizat prin utilizarea impulsurilor scurte cu intensitate maximă ridicată sau prin utilizarea unui laser continuu și viteze rapide de scanare.
Având în vedere că puterea laser continuă este în general mai puternică, mai ieftină și mai robustă decât laserele cu impulsuri, nu este o alegere rea pentru curățarea cu laser. Din păcate, scanerele galvanometre utilizate în mod tradițional pentru curățarea cu laser nu pot face față laserelor cu mai mulți kilowați. Scanerele galvanometre utilizate pentru laserele de mare putere sunt, de asemenea, destul de grele și nu pot funcționa la viteze mari de scanare. Prin urmare, a fost propus un nou tip de scaner numit scanner poligon care are o singură parte mobilă, poligonul [Ref 3]. Aceste scanere poligonale sunt capabile să manipuleze puteri laser mai mari și s-a demonstrat că sunt de trei ori mai rapide decât scanerele galvanometre. Folosind viteze de rotație modeste, scanerele poligonale pot produce viteze de scanare a suprafeței de peste 50 de metri pe secundă. Această viteză mare de scanare permite ca timpul de interacțiune al fasciculului cu suprafața de lucru să fie scurt și permite utilizarea unor puteri laser foarte mari. Scanerul Figuygon.
Pe scurt, alegerea utilizării unui laser CW sau pulsat (adică lasere CW sau clasice cu impulsuri scurte care sunt pornite și oprite) pentru curățarea cu laser depinde de mai mulți factori, cum ar fi tipul substratului, absorbtivitatea acoperirii și costul laserului. Combinația dintre un scaner poligonal și un laser continuu produce viteze rapide de scanare și este o opțiune promițătoare de luat în considerare atunci când laserele clasice cu impulsuri nu sunt disponibile
