Kumlama ve kimyasal boya sökme gibi geleneksel boya sökme yöntemlerinin çok fazla çevre kirliliği oluşturması nedeniyle lazerle temizleme ve boya sökme uygulamaları son yıllarda büyük ilgi görmüştür. Yeşil boya sökme çözümlerinden yararlanmanın zamanı geldi. Darbe genişliği, enerji yoğunluğu, tekrarlama oranı ve ışın boyutu gibi parametrelerin uygun şekilde kontrol edilmesiyle lazerler, yüksek kaliteli iş gerçekleştirmek ve kaplamaları kaldırmak için kullanılabilir [Referans 1] Lazer boya çıkarmanın avantajları aşağıdaki gibi özetlenebilir:
● Daha az sarf malzemesi
● Daha az ikincil atık
● Kontrollü lazer parametreleri kullanıldığında alt tabakada mekanik hasar oluşmaz
● Azaltılmış yüzey pürüzlülüğü nedeniyle daha iyi yapışma
● Geleneksel yöntemlerden daha hızlı
● Geleneksel yöntemlerden daha verimli
Lazer temizliği elde etmenin iki yolu vardır. Birincisi, yüksek enerjili bir darbenin veya yoğun bir sürekli dalga ışınının kaplamada bir plazma oluşturacağı ve plazmanın ürettiği şok dalgasının kaplamayı parçacıklara ayıracağı lazer ablasyondur. İkincisi, düşük enerjili sürekli dalga ışınının veya uzun darbenin yüzeyi ısıtabileceği ve sonunda kaplamayı buharlaştırabileceği termal ayrışmadır. Bu iki mekanizma Şekil 1 ve 2'de gösterilmektedir.
Şekil 1 Lazer ablasyon adımları
Şekil 2 Termal ayrışma adımları
Mekanizma ne olursa olsun, kontrolsüz lazer parametreleri alt tabakaya zarar verebilir ve sorunlara neden olabilir. Lazer temizleme için hem sürekli hem de darbeli lazerler kullanılabilir, ancak bu lazerlerin farklı yüzeyler üzerinde ürettiği farklı etkileri anlamak önemlidir. Sürekli bir lazerin bir substrat tarafından emilmesi, dalga boyuna bağlıdır; daha kısa dalga boyları genellikle daha fazla emilimle sonuçlanır. Öte yandan, klasik darbeli bir lazer için, alt tabakaya nüfuz etme derinliği LT, dalga boyundan bağımsızdır ve Denklem 1'de gösterildiği gibi bunun yerine lazerin darbe genişliğine τp ve alt tabakanın yayılımına D bağlıdır.
Klasik bir darbeli lazer için, darbe genişliğindeki bir artış, aşağıdaki denkleme göre bir birim malzeme hacmini çıkarmak için gereken minimum enerji olarak tanımlanan ablasyon eşiğini artırır:
burada ρ yoğunluk ve Hv buharlaşma ısısıdır (bir birim malzeme kütlesini buharlaştırmak için gram başına Joule cinsinden gereken ısı miktarı). Bu nedenle, daha uzun darbeler ablasyon verimliliğini azaltır. Klasik darbeli lazerler aynı zamanda darbe tekrarlama hızına da bağlıdır; tekrarlama oranı arttıkça ablasyon verimliliği de artar.
1,07 μm fiber lazer kullanılarak lazerlerin CW ve darbeli çalışmasını araştıran bir çalışma yapılmıştır [Ref 2]. Bu çalışmada, uzun genişlikte darbeler üretmek için aynı sürekli lazer açılıp kapatılmıştır. Bu çalışma, CW modunda spesifik enerjinin (bir birim malzeme hacmini (mm3) Joule cinsinden çıkarmak için gereken enerji olarak tanımlanır ve ablasyon verimliliği ile ters orantılı olarak tanımlanır) tarama hızı ve lazer gücü arttıkça azaldığını buldu. Darbeli mod için ablasyon verimliliğinin görev döngüsüne (atım genişliğinin iki darbe arasındaki zaman aralığına oranı) bağlı olduğu bulundu. Görev döngüsünün artmasıyla ablasyon verimliliği de arttı. Bu, sabit bir tekrarlama oranında darbe genişliğinin (ve dolayısıyla görev döngüsünün) arttırılmasının ablasyon verimliliğini azalttığı klasik darbeli lazerlerin tersidir. Şekil 3, paslanmaz çelik bir alt tabaka üzerinde 1 kHz CW lazer ve darbeli lazer (yani CW lazer açık ve kapalı) için spesifik enerjiye karşı güç ve tarama hızını karşılaştırır.
Şekil 3: Soldaki çizim CW lazere özgü enerjiye karşı lazer gücünü gösterir ve sağdaki çizim 1 kHz darbeye özgü enerjiye karşı lazer görev döngüsünü gösterir
Darbeli lazerin (yani açılıp kapanan CW lazerin) tepe gücü 1800 W olup, ortalama gücü CW lazerle hemen hemen aynıdır ancak grafikten de görülebileceği gibi özgül enerjisi neredeyse 2'dir. kat daha düşük. Darbeli mod, CW moduna kıyasla. CW modu, darbeli modla karşılaştırıldığında daha fazla kayba sahip gibi görünüyor çünkü lazer gücü her zaman zirvede.
Bununla birlikte, lazer temizleme için darbeli (yani sürekli dalga açılıp kapatılmış) veya sürekli dalga lazerinin kullanılıp kullanılmayacağına karar vermede dikkate alınan tek faktör lazerin çalışma modu değildir. Tarama modu da dikkate alınması gereken bir diğer önemli husustur. Etkinin sağlanması için lazer ışını ile kaplama arasındaki etkileşim süresinin kısa olması önemlidir.
termal hasar minimum düzeydedir. Bu, yüksek tepe yoğunluğuna sahip kısa darbeler kullanılarak veya sürekli bir lazer ve yüksek tarama hızları kullanılarak elde edilebilir.
Sürekli lazer gücünün darbeli lazerlere göre genel olarak daha güçlü, daha ucuz ve daha sağlam olduğu göz önüne alındığında, lazer temizleme için kötü bir seçim değildir. Ne yazık ki, geleneksel olarak lazer temizleme için kullanılan galvanometre tarayıcıları, multi-kilovatlı lazerleri kaldıramaz. Yüksek güçlü lazerler için kullanılan galvanometre tarayıcılar da oldukça ağırdır ve yüksek tarama hızlarında çalışamazlar. Bu nedenle, yalnızca tek bir hareketli parçası olan çokgen içeren, çokgen tarayıcı olarak adlandırılan yeni bir tarayıcı türü önerilmiştir [Ref 3]. Bu çokgen tarayıcılar, daha yüksek lazer güçlerini kullanma kapasitesine sahiptir ve galvanometre tarayıcılardan üç kat daha hızlı oldukları kanıtlanmıştır. Mütevazı dönme hızları kullanan çokgen tarayıcılar, saniyede 50 metreyi aşan yüzey tarama hızları üretebilir. Bu yüksek tarama hızı, ışının çalışma yüzeyi ile etkileşim süresinin kısa olmasına ve çok yüksek lazer güçlerinin kullanılmasına olanak tanır. Figuygon tarayıcı.
Özetle, lazer temizleme için CW veya darbeli lazer (yani CW veya açılıp kapatılan klasik kısa darbeli lazerler) kullanma seçimi, alt tabakanın türü, kaplamanın emiciliği ve kaplamanın emiciliği gibi çeşitli faktörlere bağlıdır. Lazerin maliyeti. Çokgen tarayıcı ve sürekli lazerin birleşimi, yüksek tarama hızları üretir ve klasik darbeli lazerlerin mevcut olmadığı durumlarda dikkate alınması gereken umut verici bir seçenektir.
