Aplikasi pembersihan laser dan penyingkiran cat telah mendapat banyak perhatian sejak beberapa tahun kebelakangan ini, kerana kaedah penyingkiran cat tradisional seperti letupan pasir dan pelucutan cat kimia menjana banyak pencemaran alam sekitar. Sudah tiba masanya untuk mengambil kesempatan daripada penyelesaian penyingkiran cat hijau. Dengan mengawal parameter dengan betul seperti lebar nadi, ketumpatan tenaga, kadar pengulangan dan saiz rasuk, laser boleh digunakan untuk melakukan kerja berkualiti tinggi dan menanggalkan salutan [Rujukan 1] Kelebihan penyingkiran cat laser boleh diringkaskan seperti berikut:
● Lebih sedikit bahan guna habis
● Mengurangkan sisa sekunder
● Tiada kerosakan mekanikal pada substrat akibat penggunaan parameter laser terkawal
● Lekatan yang lebih baik disebabkan kekasaran permukaan yang berkurangan
● Lebih pantas daripada kaedah tradisional
● Lebih cekap daripada kaedah tradisional
Terdapat dua cara untuk mencapai pembersihan laser. Yang pertama ialah ablasi laser, di mana nadi bertenaga tinggi atau pancaran gelombang berterusan yang sengit akan menghasilkan plasma dalam salutan, dan gelombang kejutan yang dihasilkan oleh plasma akan meletupkan salutan ke dalam zarah. Yang kedua ialah penguraian terma, di mana pancaran gelombang berterusan tenaga rendah atau nadi panjang boleh memanaskan permukaan dan akhirnya menyejat salutan.
Walau apa pun mekanismenya, parameter laser yang tidak terkawal boleh merosakkan substrat dan menyebabkan masalah. Kedua-dua laser berterusan dan berdenyut boleh digunakan untuk pembersihan laser, tetapi perlu memahami kesan berbeza yang dihasilkan oleh laser ini pada substrat yang berbeza. Penyerapan laser berterusan oleh substrat bergantung pada panjang gelombangnya, dengan panjang gelombang yang lebih pendek biasanya menghasilkan penyerapan yang lebih besar. Untuk laser berdenyut klasik, sebaliknya, kedalaman penembusan LT ke dalam substrat adalah bebas daripada panjang gelombang dan sebaliknya bergantung pada lebar nadi τp laser dan pekali resapan D substrat, seperti yang ditunjukkan dalam Persamaan 1.
Untuk laser berdenyut klasik, peningkatan lebar denyut meningkatkan ambang ablasi, yang ditakrifkan sebagai tenaga minimum yang diperlukan untuk mengeluarkan satu unit isipadu bahan mengikut persamaan berikut:
dengan ρ ialah ketumpatan dan Hv ialah haba pengewapan (jumlah haba yang diperlukan untuk mengewapkan unit jisim bahan dalam Joule per gram). Oleh itu, denyutan yang lebih panjang mengurangkan kecekapan ablasi. Laser berdenyut klasik juga bergantung pada kadar pengulangan nadi, di mana kecekapan ablasi meningkat dengan peningkatan kadar pengulangan.
Satu kajian telah dijalankan untuk menyiasat CW dan mod operasi berdenyut laser menggunakan laser gentian 1.07 μm [Rujuk 2]. Dalam kajian ini, laser CW yang sama telah dihidupkan dan dimatikan untuk menghasilkan denyutan lebar yang panjang. Kajian ini mendapati bahawa dalam mod CW, tenaga khusus (ditakrifkan sebagai tenaga yang diperlukan untuk mengeluarkan satu unit isipadu bahan (mm3) dalam Joule dan berkadar songsang dengan kecekapan ablasi) berkurangan dengan peningkatan kelajuan imbasan dan kuasa laser. Untuk mod berdenyut, kecekapan ablasi didapati bergantung kepada kitaran tugas (nisbah lebar nadi kepada selang masa antara dua denyutan). Meningkatkan kitaran tugas, kecekapan ablasi meningkat. Ini berbeza dengan laser berdenyut klasik, di mana, pada kadar pengulangan tetap, meningkatkan lebar nadi (dan dengan itu kitaran tugas) mengurangkan kecekapan ablasi. Rajah 3 membandingkan tenaga khusus berbanding kuasa dan kelajuan imbasan untuk laser 1 kHz CW dan laser berdenyut (iaitu, laser CW dihidupkan dan dimatikan) pada substrat keluli tahan karat.
Laser berdenyut (iaitu, laser CW dihidupkan dan dimatikan) mempunyai kuasa puncak 1800 W dan kuasa purata hampir sama dengan laser CW, tetapi seperti yang boleh diperhatikan dari rajah, tenaga spesifik hampir 2 kali lebih rendah. . Mod berdenyut berbanding mod CW. Mod CW nampaknya mempunyai lebih banyak kerugian daripada mod berdenyut kerana kuasa laser sentiasa pada nilai puncak.
Walau bagaimanapun, mod di mana laser dikendalikan bukanlah satu-satunya pertimbangan dalam memutuskan sama ada untuk menggunakan denyutan (iaitu, gelombang berterusan hidup dan mati) atau laser gelombang berterusan untuk pembersihan laser. Corak pengimbasan adalah satu lagi pertimbangan penting. Adalah penting bahawa masa interaksi antara pancaran laser dan salutan adalah pendek supaya kesan kerosakan haba adalah minimum. Ini boleh dicapai dengan menggunakan denyutan pendek dengan keamatan puncak yang tinggi atau dengan menggunakan laser berterusan dan kelajuan pengimbasan pantas.
Memandangkan kuasa laser berterusan secara amnya lebih berkuasa, lebih murah dan lebih lasak daripada laser berdenyut, ia bukanlah pilihan yang buruk untuk pembersihan laser. Malangnya, pengimbas galvanometer yang digunakan secara tradisional untuk pembersihan laser tidak dapat mengendalikan laser berbilang kilowatt. Pengimbas galvanometer yang digunakan untuk laser berkuasa tinggi juga agak berat dan tidak boleh berjalan pada kelajuan pengimbasan yang tinggi. Oleh itu, jenis pengimbas baharu yang dipanggil pengimbas poligon telah dicadangkan yang hanya mempunyai satu bahagian yang bergerak, poligon [Rujukan 3]. Pengimbas poligon ini mampu mengendalikan kuasa laser yang lebih tinggi dan telah ditunjukkan tiga kali lebih pantas daripada pengimbas galvanometer. Menggunakan kelajuan putaran sederhana, pengimbas poligon boleh menghasilkan kelajuan pengimbasan permukaan melebihi 50 meter sesaat. Kelajuan pengimbasan yang tinggi ini membolehkan masa interaksi rasuk yang singkat dengan permukaan kerja dan membenarkan penggunaan kuasa laser yang sangat tinggi. Rajah 4 menunjukkan reka bentuk pengimbas poligon.
Ringkasnya, pilihan menggunakan CW atau laser berdenyut (iaitu, CW atau laser denyutan pendek klasik yang dihidupkan dan dimatikan) untuk pembersihan laser bergantung kepada beberapa faktor, seperti jenis substrat, penyerapan salutan, dan kos laser. Gabungan pengimbas poligon dan laser berterusan boleh menghasilkan kelajuan pengimbasan yang pantas dan merupakan pilihan yang menjanjikan yang boleh dipertimbangkan apabila laser berdenyut klasik tidak tersedia.
