Laserpuhastus- ja värvieemaldusrakendused on viimastel aastatel palju tähelepanu pälvinud, kuna traditsioonilised värvieemaldusmeetodid, nagu liivaprits ja keemiline värvieemaldus, tekitavad palju keskkonnareostust. On aeg ära kasutada rohelise värvi eemaldamise lahendusi. Kontrollides õigesti selliseid parameetreid nagu impulsi laius, energiatihedus, kordussagedus ja kiire suurus, saab lasereid kasutada kvaliteetse töö tegemiseks ja katte eemaldamiseks [viide 1] Värvi lasereemalduse eelised võib kokku võtta järgmiselt:
● Vähem kulumaterjale
● Vähendatud sekundaarsed jäätmed
● Kontrollitud laserparameetrite kasutamise tõttu ei kahjusta aluspinda mehaaniliselt
● Parem nakkuvus tänu vähenenud pinnakaredusele
● Kiirem kui traditsioonilised meetodid
● Tõhusam kui traditsioonilised meetodid
Laserpuhastuse saavutamiseks on kaks võimalust. Esimene on laserablatsioon, kus suure energiaga impulss või intensiivne pidev lainekiir tekitab kattes plasma ja plasma tekitatud lööklaine lõhkeb katte osakesteks. Teine on termiline lagunemine, kus madalama energiaga pidevlaine kiir või pikk impulss võib pinda soojendada ja lõpuks katte aurustada.
Olenemata mehhanismist võivad kontrollimatud laserparameetrid substraati kahjustada ja probleeme tekitada. Laserpuhastuseks saab kasutada nii pidev- kui ka impulsslasereid, kuid on vaja mõista nende laserite erinevaid efekte erinevatel aluspindadel. Pideva laseri neeldumine substraadi poolt sõltub selle lainepikkusest, lühemate lainepikkuste korral on tavaliselt suurem neeldumine. Teisest küljest on klassikalise impulsslaseri puhul substraadi läbitungimissügavus LT lainepikkusest sõltumatu ja sõltub selle asemel laseri impulsi laiusest τp ja substraadi difusioonikoefitsiendist D, nagu on näidatud võrrandis 1.
Klassikalise impulsslaseri puhul suurendab impulsi laiuse suurenemine ablatsiooniläve, mis on määratletud minimaalse energiana, mis on vajalik materjali mahuühiku eemaldamiseks vastavalt järgmisele võrrandile:
kus ρ on tihedus ja Hv on aurustumissoojus (soojushulk, mis on vajalik materjali massiühiku aurustamiseks džaulides grammi kohta). Seega vähendavad pikemad impulsid ablatsiooni efektiivsust. Klassikalised impulsslaserid sõltuvad ka impulsi kordussagedusest, kus ablatsiooni efektiivsus suureneb kordussageduse suurenedes.
Laseri CW- ja impulsstöörežiimide uurimiseks, kasutades 1,07 μm kiudlaserit, on läbi viidud uuring [viide 2]. Selles uuringus lülitati pika laiusega impulsside tekitamiseks sisse ja välja sama CW laser. Selles uuringus leiti, et CW-režiimis väheneb erienergia (määratletud kui energia, mis on vajalik materjali ühiku (mm3) eemaldamiseks džaulides ja pöördvõrdeline ablatsiooni efektiivsusega) skaneerimiskiiruse ja laseri võimsuse suurenemisega. Impulssrežiimi puhul leiti, et ablatsiooni efektiivsus sõltub töötsüklist (impulsi laiuse suhe kahe impulsi vahelise ajavahemiku vahel). Suurendades töötsüklit, suurenes ablatsiooni efektiivsus. See on vastupidine klassikalistele impulsslaseritele, kus fikseeritud kordussagedusega impulsi laiuse (ja seega ka töötsükli) suurendamine vähendab ablatsiooni efektiivsust. Joonisel 3 on võrreldud roostevabast terasest aluspinnal 1 kHz CW laseri ja impulsslaseri (st sisse- ja väljalülitatud CW laseri) erienergiat võimsuse ja skaneerimiskiiruse vahel.
Impulsslaseri (st sisse ja välja lülitatud CW laser) tippvõimsus on 1800 W ja keskmine võimsus peaaegu sama kui CW laseril, kuid nagu jooniselt näha, on erienergia ligi 2 korda väiksem. . Impulssrežiim versus CW režiim. Näib, et CW-režiimil on rohkem kadusid kui impulssrežiimil, kuna laseri võimsus on alati tipptasemel.
Kuid laseri töörežiim ei ole ainus kaalutlus, kui otsustate, kas laserpuhastuseks kasutada impulss- (st pidevlaine sisse- ja väljalülitamine) või pidevlaine laserit. Skannimismuster on veel üks oluline kaalutlus. Tähtis on, et laserkiire ja katte interaktsiooniaeg oleks lühike, et termilise kahjustuse mõju oleks minimaalne. Seda saab saavutada, kasutades lühikesi kõrge tippintensiivsusega impulsse või kasutades pidevat laserit ja kiireid skaneerimiskiirusi.
Arvestades, et pidev laservõimsus on üldiselt võimsam, odavam ja vastupidavam kui impulsslaserid, pole see laserpuhastuseks halb valik. Traditsiooniliselt laserpuhastuseks kasutatavad galvanomeetriskannerid ei saa kahjuks hakkama mitmekilovatise laseriga. Suure võimsusega laserite jaoks kasutatavad galvanomeetriskannerid on samuti üsna rasked ega saa töötada suure skaneerimiskiirusega. Seetõttu on välja pakutud uut tüüpi skanner, mida nimetatakse hulknurkskanneriks, millel on ainult üks liikuv osa, polügoon [viide 3]. Need hulknurkskannerid suudavad toime tulla suurema laservõimsusega ja on osutunud kolm korda kiiremaks kui galvanomeetriskannerid. Kasutades tagasihoidlikke pöörlemiskiirusi, suudavad polügoonskannerid toota pinna skaneerimise kiirust üle 50 meetri sekundis. See suur skaneerimiskiirus võimaldab kiirel ja tööpinnal lühikest interaktsiooni aega ning võimaldab kasutada väga suuri laserivõimsusi. Joonisel 4 on kujutatud hulknurga skanneri konstruktsioon.
Kokkuvõttes sõltub laserpuhastuseks CW või impulsslaseri (st CW või klassikaliste sisse- ja väljalülitatavate lühiimpulsslaserite) kasutamise valik mitmest tegurist, nagu aluspinna tüüp, katte neelduvus, ja laseri maksumus. Hulknurkse skanneri ja pidevlaseri kombinatsioon võib anda kiire skaneerimiskiiruse ja on paljulubav võimalus, mida võib kaaluda, kui klassikalised impulsslaserid pole saadaval.
