Les aplicacions de neteja amb làser i eliminació de pintura han rebut molta atenció en els darrers anys, ja que els mètodes tradicionals d'eliminació de pintura, com ara el sorra i el despullat de pintura química, generen molta contaminació ambiental. És hora d'aprofitar les solucions d'eliminació de pintura verda. Controlant adequadament paràmetres com l'amplada del pols, la densitat d'energia, la velocitat de repetició i la mida del feix, els làsers es poden utilitzar per realitzar treballs d'alta qualitat i eliminar recobriments [Referència 1] Els avantatges de l'eliminació de pintura làser es poden resumir de la següent manera:
● Menys consumibles
● Reducció de residus secundaris
● Sense danys mecànics al substrat a causa de l'ús de paràmetres làser controlats
● Millor adherència a causa de la reducció de la rugositat superficial
● Més ràpid que els mètodes tradicionals
● Més eficient que els mètodes tradicionals
Hi ha dues maneres d'aconseguir la neteja amb làser. La primera és l'ablació làser, on un pols d'alta energia o un feix d'ona contínua intensa generarà un plasma al recobriment, i l'ona de xoc generada pel plasma explotarà el recobriment en partícules. La segona és la descomposició tèrmica, on un feix d'ona contínua de baixa energia o un pols llarg pot escalfar la superfície i, finalment, evaporar el recobriment.
Sigui quin sigui el mecanisme, els paràmetres làser no controlats poden danyar el substrat i causar problemes. Tant els làsers continus com els polsats es poden utilitzar per a la neteja làser, però cal entendre els diferents efectes que produeixen aquests làsers sobre diferents substrats. L'absorció d'un làser continu per part d'un substrat depèn de la seva longitud d'ona, amb longituds d'ona més curtes que generalment donen lloc a una major absorció. Per a un làser polsat clàssic, d'altra banda, la profunditat de penetració LT al substrat és independent de la longitud d'ona i depèn, en canvi, de l'amplada del pols τp del làser i del coeficient de difusió D del substrat, tal com es mostra a l'equació 1.
Per a un làser polsat clàssic, un augment de l'amplada del pols augmenta el llindar d'ablació, que es defineix com l'energia mínima necessària per eliminar una unitat de volum de material segons l'equació següent:
on ρ és la densitat i Hv és la calor de vaporització (la quantitat de calor necessària per vaporitzar una unitat de massa de material en Joules per gram). Així, els polsos més llargs redueixen l'eficiència de l'ablació. Els làsers polsats clàssics també depenen de la freqüència de repetició del pols, on l'eficiència de l'ablació augmenta amb l'augment de la freqüència de repetició.
S'ha realitzat un estudi per investigar els modes de funcionament CW i polsat d'un làser mitjançant un làser de fibra d'1,07 μm [Ref 2]. En aquest estudi, es va encendre i apagar el mateix làser CW per produir polsos d'amplada llarga. Aquest estudi va trobar que en el mode CW, l'energia específica (definida com l'energia necessària per eliminar una unitat de volum de material (mm3) en Joules i inversament proporcional a l'eficiència de l'ablació) disminueix amb l'augment de la velocitat d'escaneig i la potència del làser. Per al mode polsat, es va trobar que l'eficiència de l'ablació depenia del cicle de treball (la relació entre l'amplada del pols i l'interval de temps entre dos polsos). Augmentant el cicle de treball, augmenta l'eficiència de l'ablació. Això contrasta amb els làsers polsats clàssics, on, a una velocitat de repetició fixa, augmentar l'amplada del pols (i, per tant, el cicle de treball) disminueix l'eficiència de l'ablació. La figura 3 compara l'energia específica amb la potència i la velocitat d'escaneig per a un làser CW d'1 kHz i un làser polsat (és a dir, un làser CW encès i apagat) en un substrat d'acer inoxidable.
El làser polsat (és a dir, un làser CW encès i apagat) té una potència màxima de 1800 W i una potència mitjana gairebé igual que el làser CW, però com es pot observar a la figura, l'energia específica és gairebé 2 vegades menor. . Mode polsat versus mode CW. El mode CW sembla tenir més pèrdues que el mode polsat perquè la potència del làser sempre està al valor màxim.
Tanmateix, el mode en què funciona el làser no és l'única consideració a l'hora de decidir si s'utilitza un làser polsat (és a dir, encès i apagat d'ona contínua) o un làser d'ona contínua per a la neteja del làser. El patró d'escaneig és una altra consideració important. És important que el temps d'interacció entre el feix làser i el recobriment sigui curt perquè l'efecte del dany tèrmic sigui mínim. Això es pot aconseguir utilitzant polsos curts amb una intensitat màxima alta o utilitzant un làser continu i velocitats d'escaneig ràpides.
Tenint en compte que la potència làser contínua és generalment més potent, més barata i més resistent que els làsers polsats, no és una mala opció per a la neteja làser. Malauradament, els escàners galvanòmetres utilitzats tradicionalment per a la neteja amb làser no poden gestionar làsers de diversos quilowatts. Els escàners galvanòmetres utilitzats per a làsers d'alta potència també són bastant pesats i no poden funcionar a velocitats d'escaneig altes. Per tant, s'ha proposat un nou tipus d'escàner anomenat escàner de polígons que només té una part mòbil, el polígon [Referència 3]. Aquests escàners de polígons són capaços de manejar potències làser més altes i s'ha demostrat que són tres vegades més ràpids que els escàners galvanòmetres. Amb velocitats de rotació modestes, els escàners de polígons poden produir velocitats d'escaneig de superfície superiors als 50 metres per segon. Aquesta alta velocitat d'escaneig permet temps d'interacció curts del feix amb la superfície de treball i permet l'ús de potències làser molt elevades. La figura 4 mostra el disseny d'un escàner de polígons.
En resum, l'elecció d'utilitzar un làser CW o polsat (és a dir, làsers CW o clàssics de pols curt que s'encenen i apaguen) per a la neteja làser depèn de diversos factors, com ara el tipus de substrat, l'absorció del recobriment, i el cost del làser. La combinació d'un escàner de polígons i un làser continu pot produir velocitats d'escaneig ràpides i és una opció prometedora que es pot considerar quan els làsers polsats clàssics no estan disponibles.
