Lāzera tīrīšanai un krāsas noņemšanai pēdējos gados ir pievērsta liela uzmanība, jo tradicionālās krāsas noņemšanas metodes, piemēram, smilšu strūklu un ķīmiskā krāsas noņemšana, rada lielu vides piesārņojumu. Ir pienācis laiks izmantot zaļās krāsas noņemšanas risinājumu priekšrocības. Pareizi kontrolējot tādus parametrus kā impulsa platums, enerģijas blīvums, atkārtošanās biežums un staru kūļa izmērs, lāzeri var tikt izmantoti kvalitatīva darba veikšanai un pārklājumu noņemšanai [1. atsauce] Lāzerkrāsu noņemšanas priekšrocības var apkopot šādi:
● Mazāk izejmateriālu
● Mazāk sekundāro atkritumu
● Nav mehānisku substrāta bojājumu, izmantojot kontrolētus lāzera parametrus
● Labāka saķere, jo samazinās virsmas raupjums
● Ātrāk nekā tradicionālās metodes
● Efektīvākas nekā tradicionālās metodes
Ir divi veidi, kā panākt lāzertīrīšanu. Pirmā ir lāzerablācija, kur augstas enerģijas impulss vai intensīvs nepārtraukts viļņu stars pārklājumā radīs plazmu, un plazmas radītais triecienvilnis pārklājumu sadalīs daļiņās. Otrais ir termiskā sadalīšanās, kur zemākas enerģijas nepārtraukts viļņu stars vai garš impulss var sildīt virsmu un galu galā iztvaikot pārklājumu. Šie divi mehānismi ir parādīti 1. un 2. attēlā.
1. attēls Lāzera ablācijas soļi
2. attēls Termiskās sadalīšanās soļi
Lai kāds būtu mehānisms, nekontrolēti lāzera parametri var sabojāt substrātu un radīt problēmas. Lāzera tīrīšanai var izmantot gan nepārtrauktus, gan impulsu lāzerus, taču ir svarīgi saprast atšķirīgos efektus, ko šie lāzeri rada uz dažādiem substrātiem. Nepārtraukta lāzera absorbcija ar substrātu ir atkarīga no tā viļņa garuma, un īsāki viļņu garumi parasti rada lielāku absorbciju. No otras puses, klasiskajam impulsa lāzeram iespiešanās dziļums LT substrātā nav atkarīgs no viļņa garuma un tā vietā ir atkarīgs no lāzera impulsa platuma τp un substrāta difūzijas D, kā parādīts 1. vienādojumā.
Klasiskajam impulsa lāzeram, palielinot impulsa platumu, palielinās ablācijas slieksnis, kas tiek definēts kā minimālā enerģija, kas nepieciešama, lai noņemtu materiāla tilpuma vienību saskaņā ar šādu vienādojumu:
kur ρ ir blīvums un Hv ir iztvaikošanas siltums (siltuma daudzums, kas nepieciešams, lai iztvaicētu materiāla masas vienību džoulos uz gramu). Tādējādi garāki impulsi samazina ablācijas efektivitāti. Klasiskie impulsu lāzeri ir atkarīgi arī no impulsa atkārtošanās ātruma, un ablācijas efektivitāte palielinās, palielinoties atkārtošanās ātrumam.
Ir veikts pētījums par lāzeru CW un impulsu darbību, izmantojot 1,07 μm šķiedru lāzeru [Atsauce 2]. Šajā pētījumā viens un tas pats nepārtrauktais lāzers tika ieslēgts un izslēgts, lai iegūtu gara platuma impulsus. Šajā pētījumā konstatēts, ka CW režīmā īpatnējā enerģija (definēta kā enerģija, kas nepieciešama, lai noņemtu materiāla tilpuma vienību (mm3) džoulos un ir apgriezti proporcionāla ablācijas efektivitātei) samazinās, palielinoties skenēšanas ātrumam un lāzera jaudai. Tika konstatēts, ka impulsa režīmam ablācijas efektivitāte ir atkarīga no darba cikla (impulsa platuma attiecība pret laika intervālu starp diviem impulsiem). Palielinot darba ciklu, palielinājās ablācijas efektivitāte. Tas ir pretstatā klasiskajiem impulsu lāzeriem, kur ar fiksētu atkārtošanās ātrumu, palielinot impulsa platumu (un līdz ar to arī darba ciklu), samazinās ablācijas efektivitāte. 3. attēlā ir salīdzināta īpatnējā enerģija pret jaudu un skenēšanas ātrumu 1 kHz CW lāzeram un impulsa lāzeram (ti, CW lāzeram, kas ieslēgts un izslēgts) uz nerūsējošā tērauda pamatnes.
3. attēls. Kreisajā diagrammā parādīta CW lāzera īpatnējā enerģija pret lāzera jaudu, bet labajā diagramma parāda 1 kHz impulsa īpatnējo enerģiju pret lāzera darba ciklu
Impulsu lāzera (ti, CW lāzera, kas ieslēdzas un izslēdzas) maksimālā jauda ir 1800 W, un tā vidējā jauda ir gandrīz tāda pati kā CW lāzera, bet, kā redzams no grafika, īpatnējā enerģija ir gandrīz 2 reizes zemāks. Impulsa režīms salīdzinājumā ar CW režīmu. Šķiet, ka CW režīmam ir vairāk zudumu salīdzinājumā ar impulsu režīmu, jo tā lāzera jauda vienmēr ir maksimālā.
Tomēr lāzera darbības režīms nav vienīgais apsvērums, lemjot par to, vai lāzera tīrīšanai izmantot impulsu (ti, nepārtrauktu viļņu ieslēgtu un izslēgtu) vai nepārtrauktu viļņu lāzeru. Skenēšanas režīms ir arī vēl viens svarīgs apsvērums, kas jāņem vērā. Ir svarīgi, lai mijiedarbības laiks starp lāzera staru un pārklājumu būtu īss, lai panāktu efektu
termiski bojājumi ir minimāli. To var panākt, izmantojot īsus impulsus ar augstu maksimālo intensitāti vai izmantojot nepārtrauktu lāzeru un lielu skenēšanas ātrumu.
Ņemot vērā, ka nepārtraukta lāzera jauda parasti ir jaudīgāka, lētāka un izturīgāka nekā impulsu lāzeri, tā nav slikta izvēle lāzera tīrīšanai. Diemžēl galvanometra skeneri, ko tradicionāli izmanto lāzera tīrīšanai, nevar apstrādāt vairāku kilovatu lāzerus. Galvanometru skeneri, ko izmanto lieljaudas lāzeriem, ir arī diezgan smagi un nevar darboties ar lielu skenēšanas ātrumu. Tāpēc ir ierosināts jauns skenera veids, ko sauc par daudzstūra skeneri, kuram ir tikai viena kustīga daļa, daudzstūris [3. atsauce]. Šie daudzstūru skeneri spēj apstrādāt lielāku lāzera jaudu, un ir pierādīts, ka tie ir trīs reizes ātrāki nekā galvanometra skeneri. Izmantojot nelielus rotācijas ātrumus, daudzstūru skeneri var radīt virsmas skenēšanas ātrumu, kas pārsniedz 50 metrus sekundē. Šis lielais skenēšanas ātrums nodrošina īsu stara mijiedarbības laiku ar darba virsmu un ļauj izmantot ļoti lielu lāzera jaudu. Figuygon skeneris.
Rezumējot, izvēle lāzera tīrīšanai izmantot CW vai impulsa lāzeru (ti, CW vai klasiskos īsu impulsu lāzerus, kas tiek ieslēgti un izslēgti) ir atkarīgs no vairākiem faktoriem, piemēram, substrāta veida, pārklājuma absorbcijas un lāzera izmaksas. Daudzstūra skenera un nepārtraukta lāzera kombinācija nodrošina ātru skenēšanas ātrumu un ir daudzsološa iespēja apsvērt, ja nav pieejami klasiskie impulsu lāzeri.
