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
● İkincil atıkların azaltılması
● Kontrollü lazer parametrelerinin kullanılması nedeniyle 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.
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 etkilerin anlaşılması gerekir. 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 difüzyon katsayısı D'ye 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; burada ablasyon etkinliği artan tekrarlama oranıyla birlikte artar.
1,07 μm fiber lazer kullanan bir lazerin CW ve darbeli çalışma modlarını araştırmak için bir çalışma yapılmıştır [Ref 2]. Bu çalışmada, aynı CW lazeri uzun genişlikte darbeler üretmek için 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 (darbe 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 açık ve kapalı bir CW lazer) için spesifik enerjiye karşı güç ve tarama hızını karşılaştırır.
Darbeli lazer (yani açılıp kapatılan bir CW lazer) 1800 W'lık bir tepe gücüne ve CW lazerle hemen hemen aynı ortalama güce sahiptir, ancak şekilden görülebileceği gibi spesifik enerji neredeyse 2 kat daha düşüktür. . Darbeli mod ve CW modu. Lazer gücü her zaman en yüksek değerde olduğundan CW modunun darbeli moda göre daha fazla kaybı olduğu görülmektedir.
Ancak lazerin çalıştırıldığı mod, lazer temizliği için darbeli (yani sürekli dalga açık ve kapalı) veya sürekli dalga lazerinin kullanılıp kullanılmayacağına karar vermede dikkate alınan tek faktör değildir. Tarama modeli bir diğer önemli husustur. Termal hasarın etkisinin minimum olması için lazer ışını ile kaplama arasındaki etkileşim süresinin kısa olması önemlidir. 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 adı verilen yeni bir tarayıcı türü önerilmiştir [Referans 3]. Bu çokgen tarayıcılar daha yüksek lazer güçlerini işleyebilir ve galvanometre tarayıcılardan üç kat daha hızlı oldukları gösterilmiştir. Mütevazı dönme hızları kullanan çokgen tarayıcılar, saniyede 50 metreyi aşan yüzey tarama hızları üretebilir. Bu yüksek tarama hızı, ışının çalışma yüzeyi ile kısa etkileşim sürelerine izin verir ve çok yüksek lazer güçlerinin kullanılmasına olanak tanır. Şekil 4 çokgen tarayıcının tasarımını göstermektedir.
Özetle, lazer temizleme için CW veya darbeli lazer (yani CW veya açılıp kapatılan klasik kısa darbeli lazerler) kullanmanın seçimi, alt tabakanın türü, kaplamanın emiciliği gibi çeşitli faktörlere bağlıdır. ve lazerin maliyeti. Çokgen tarayıcı ve sürekli lazerin kombinasyonu, yüksek tarama hızları üretebilir ve klasik darbeli lazerlerin mevcut olmadığı durumlarda dikkate alınabilecek umut verici bir seçenektir.
