حظيت تطبيقات التنظيف وإزالة الطلاء بالليزر باهتمام كبير في السنوات الأخيرة، حيث أن طرق إزالة الطلاء التقليدية مثل السفع الرملي وتجريد الطلاء الكيميائي تولد الكثير من التلوث البيئي. لقد حان الوقت للاستفادة من حلول إزالة الطلاء الأخضر. من خلال التحكم بشكل صحيح في المعلمات مثل عرض النبضة وكثافة الطاقة ومعدل التكرار وحجم الشعاع، يمكن استخدام الليزر لأداء عمل عالي الجودة وإزالة الطلاءات [المرجع 1] ويمكن تلخيص مزايا إزالة الطلاء بالليزر على النحو التالي:
● عدد أقل من المواد الاستهلاكية
● نفايات ثانوية أقل
● لا يوجد ضرر ميكانيكي للركيزة باستخدام معلمات الليزر الخاضعة للرقابة
● التصاق أفضل بسبب انخفاض خشونة السطح
● أسرع من الطرق التقليدية
● أكثر كفاءة من الطرق التقليدية
هناك طريقتان لتحقيق التنظيف بالليزر. الأول هو الاستئصال بالليزر، حيث تعمل نبضة عالية الطاقة أو شعاع موجي مستمر ومكثف على توليد بلازما في الطلاء، وتقوم موجة الصدمة الناتجة عن البلازما بتفجير الطلاء إلى جزيئات. والثاني هو التحلل الحراري، حيث يمكن لشعاع موجة مستمر منخفض الطاقة أو نبض طويل أن يسخن السطح ويتبخر الطلاء في النهاية. وتظهر هاتان الآليتان في الشكلين 1 و2.
الشكل 1: خطوات الاجتثاث بالليزر
الشكل 2: خطوات التحلل الحراري
مهما كانت الآلية، فإن معلمات الليزر غير المنضبطة يمكن أن تلحق الضرر بالركيزة وتسبب مشاكل. يمكن استخدام كل من الليزر المستمر والنبضي للتنظيف بالليزر، ولكن من المهم فهم التأثيرات المختلفة التي تنتجها هذه الليزر على ركائز مختلفة. يعتمد امتصاص الركيزة لليزر المستمر على الطول الموجي، حيث تؤدي الأطوال الموجية الأقصر عمومًا إلى امتصاص أكبر. من ناحية أخرى، بالنسبة لليزر النبضي الكلاسيكي، يكون عمق الاختراق LT في الركيزة مستقلاً عن الطول الموجي ويعتمد بدلاً من ذلك على عرض النبضة τp لليزر والانتشار D للركيزة، كما هو موضح في المعادلة 1.
بالنسبة لليزر النبضي الكلاسيكي، تؤدي الزيادة في عرض النبضة إلى زيادة عتبة الاجتثاث، والتي يتم تعريفها على أنها الحد الأدنى من الطاقة المطلوبة لإزالة وحدة حجم المادة وفقًا للمعادلة التالية:
حيث ρ هي الكثافة وHv هي حرارة التبخر (كمية الحرارة اللازمة لتبخير وحدة كتلة المادة بالجول لكل جرام). وبالتالي، فإن النبضات الأطول تقلل من كفاءة الاجتثاث. يعتمد الليزر النبضي الكلاسيكي أيضًا على معدل تكرار النبضة، حيث تزداد كفاءة الاجتثاث مع زيادة معدل التكرار.
تم إجراء دراسة لفحص CW والتشغيل النبضي لليزر باستخدام ليزر ليفي 1.07 ميكرومتر [المرجع 2]. في هذه الدراسة، تم تشغيل وإيقاف نفس الليزر المستمر لإنتاج نبضات طويلة العرض. وجدت هذه الدراسة أنه في وضع CW، تتناقص الطاقة المحددة (التي تُعرف بأنها الطاقة المطلوبة لإزالة وحدة حجم المادة (مم 3) بالجول وتتناسب عكسيًا مع كفاءة الاجتثاث) مع زيادة سرعة المسح وقوة الليزر. بالنسبة للوضع النبضي، وجد أن كفاءة الاجتثاث تعتمد على دورة العمل (نسبة عرض النبضة إلى الفاصل الزمني بين نبضتين). مع زيادة دورة العمل، زادت كفاءة الاجتثاث. وهذا على النقيض من الليزر النبضي الكلاسيكي، حيث تؤدي زيادة عرض النبضة (وبالتالي دورة العمل)، بمعدل تكرار ثابت، إلى تقليل كفاءة الاجتثاث. يقارن الشكل 3 الطاقة المحددة مقابل الطاقة وسرعة المسح الضوئي لليزر CW بقدرة 1 كيلو هرتز والليزر النبضي (أي تشغيل وإيقاف ليزر CW) على ركيزة من الفولاذ المقاوم للصدأ.
الشكل 3: يُظهر الرسم البياني الأيسر الطاقة الخاصة بليزر CW مقابل طاقة الليزر، ويُظهر الرسم البياني الأيمن الطاقة المحددة لنبض 1 كيلو هرتز مقابل دورة عمل الليزر
تبلغ الطاقة القصوى لليزر النبضي (أي ليزر CW الذي يتم تشغيله وإيقافه) 1800 واط، ومتوسط قوته تقريبًا نفس طاقة ليزر CW، ولكن كما يمكن ملاحظته من الرسم البياني، فإن الطاقة المحددة تبلغ 2 تقريبًا مرات أقل. الوضع النبضي مقارنة بوضع CW. يبدو أن وضع CW لديه خسائر أكبر مقارنة بالوضع النبضي لأن طاقة الليزر الخاصة به تكون دائمًا في ذروتها.
ومع ذلك، فإن وضع تشغيل الليزر ليس هو الاعتبار الوحيد في تحديد ما إذا كان سيتم استخدام موجة ليزر نابضة (أي تشغيل وإيقاف موجة مستمرة) أو موجة ليزر مستمرة للتنظيف بالليزر. يعد وضع المسح أيضًا أحد الاعتبارات المهمة الأخرى التي يجب مراعاتها. من المهم أن يكون وقت التفاعل بين شعاع الليزر والطلاء قصيرًا حتى يكون التأثير
الضرر الحراري هو الحد الأدنى. يمكن تحقيق ذلك باستخدام نبضات قصيرة ذات كثافة ذروة عالية أو باستخدام ليزر مستمر وسرعات مسح سريعة.
وبالنظر إلى أن طاقة الليزر المستمرة بشكل عام أقوى وأرخص وأكثر قوة من الليزر النبضي، فهي ليست خيارًا سيئًا للتنظيف بالليزر. لسوء الحظ، لا تستطيع الماسحات الضوئية الجلفانومترية المستخدمة تقليديًا للتنظيف بالليزر التعامل مع أجهزة الليزر متعددة الكيلووات. الماسحات الضوئية الجلفانومترية المستخدمة في أجهزة الليزر عالية الطاقة ثقيلة جدًا أيضًا ولا يمكنها العمل بسرعات مسح عالية. لذلك، تم اقتراح نوع جديد من الماسحات الضوئية يسمى الماسح الضوئي المضلع الذي يحتوي على جزء متحرك واحد فقط، وهو المضلع [المرجع 3]. هذه الماسحات الضوئية المضلعة قادرة على التعامل مع قوى الليزر الأعلى وقد ثبت أنها أسرع بثلاث مرات من الماسحات الضوئية الجلفانومترية. باستخدام سرعات دوران متواضعة، يمكن للماسحات الضوئية للمضلعات إنتاج سرعات مسح سطحي تزيد عن 50 مترًا في الثانية. تتيح سرعة المسح العالية هذه أن يكون وقت تفاعل الحزمة مع سطح العمل قصيرًا وتسمح باستخدام قوى ليزر عالية جدًا. الماسح الضوئي فيجويجون.
باختصار، يعتمد اختيار استخدام الليزر المستمر أو الليزر النبضي (أي الليزر المستمر أو الليزر الكلاسيكي قصير النبض الذي يتم تشغيله وإيقاف تشغيله) للتنظيف بالليزر على عدة عوامل، مثل نوع الركيزة، وامتصاصية الطلاء وقوة تحمله. تكلفة الليزر. يؤدي الجمع بين الماسح الضوئي المضلع والليزر المستمر إلى إنتاج سرعات مسح سريعة ويعد خيارًا واعدًا يجب مراعاته عند عدم توفر الليزر النبضي الكلاسيكي
