יישומי ניקוי והסרת צבע בלייזר זוכים לתשומת לב רבה בשנים האחרונות, שכן שיטות הסרת צבע מסורתיות כגון התזת חול והסרת צבע כימית יוצרות זיהום סביבתי רב. זה הזמן לנצל את הפתרונות להסרת צבע ירוק. על ידי שליטה נכונה בפרמטרים כגון רוחב הדופק, צפיפות האנרגיה, קצב החזרות וגודל האלומה, ניתן להשתמש בלייזרים לביצוע עבודה באיכות גבוהה ולהסרת ציפויים [הפניה 1] ניתן לסכם את היתרונות של הסרת צבע בלייזר באופן הבא:
● פחות חומרים מתכלים
● הפחתת פסולת משנית
● אין נזק מכני למצע עקב שימוש בפרמטרי לייזר מבוקרים
● הידבקות טובה יותר הודות לחספוס מופחת של פני השטח
● מהיר יותר משיטות מסורתיות
● יעיל יותר משיטות מסורתיות
ישנן שתי דרכים להשיג ניקוי בלייזר. הראשון הוא אבלציה בלייזר, כאשר דופק באנרגיה גבוהה או קרן גל רציפה אינטנסיבית יפיקו פלזמה בציפוי, וגל ההלם שנוצר מהפלזמה יפוצץ את הציפוי לחלקיקים. השני הוא פירוק תרמי, שבו אלומת גל מתמשכת באנרגיה נמוכה יותר או דופק ארוך יכולים לחמם את פני השטח ובסופו של דבר לאדות את הציפוי.
יהיה המנגנון אשר יהיה, פרמטרי לייזר בלתי מבוקרים עלולים לפגוע במצע ולגרום לבעיות. ניתן להשתמש בלייזר רציף וגם בלייזר דופק לניקוי לייזר, אך יש צורך להבין את ההשפעות השונות שהלייזרים הללו מייצרים על מצעים שונים. הקליטה של לייזר רציף על ידי מצע תלויה באורך הגל שלו, כאשר אורכי גל קצרים יותר מביאים בדרך כלל לבליעה גדולה יותר. עבור לייזר פולס קלאסי, לעומת זאת, עומק החדירה LT לתוך המצע אינו תלוי באורך הגל ותלוי במקום זאת ברוחב הפולסים τp של הלייזר ובמקדם הדיפוזיה D של המצע, כפי שמוצג במשוואה 1.
עבור לייזר פולס קלאסי, עלייה ברוחב הדופק מגדילה את סף האבלציה, המוגדר כאנרגיה המינימלית הנדרשת להסרת יחידת נפח של חומר לפי המשוואה הבאה:
כאשר ρ היא הצפיפות ו-Hv הוא חום האידוי (כמות החום הנדרשת לאידוי יחידת מסה של חומר בג'אול לגרם). לפיכך, פולסים ארוכים יותר מפחיתים את יעילות האבלציה. לייזרים פולסים קלאסיים תלויים גם בקצב החזרה על הדופק, כאשר יעילות האבלציה עולה עם הגדלת קצב החזרות.
מחקר נערך כדי לחקור את מצבי הפעולה ה-CW והפעימה של לייזר באמצעות לייזר סיבים בגודל 1.07 מיקרומטר [Ref 2]. במחקר זה, אותו לייזר CW הופעל וכיבוי כדי להפיק פולסים ברוחב ארוך. מחקר זה מצא שבמצב CW, האנרגיה הספציפית (מוגדרת כאנרגיה הנדרשת להסרת יחידת נפח חומר (mm3) בג'אול ובפרופורציה הפוך ליעילות האבלציה) יורדת עם הגדלת מהירות הסריקה ועוצמת הלייזר. עבור מצב דופק, נמצא כי יעילות האבלציה תלויה במחזור העבודה (היחס בין רוחב הדופק למרווח הזמן בין שני פולסים). הגדלת מחזור העבודה, יעילות האבלציה עלתה. זאת בניגוד ללייזרים פולסים קלאסיים, שבהם, בקצב חזרות קבוע, הגדלת רוחב הפולס (ולכן את מחזור העבודה) מפחיתה את יעילות האבלציה. איור 3 משווה את האנרגיה הספציפית לעומת הספק ומהירות הסריקה עבור לייזר 1 kHz CW ולייזר פולס (כלומר, לייזר CW מופעל וכבוי) על מצע נירוסטה.
ללייזר הדופק (כלומר, לייזר CW מופעל ומכבה) הספק שיא של 1800 W והספק ממוצע כמעט זהה ללייזר CW, אך כפי שניתן לראות מהאיור, האנרגיה הספציפית נמוכה כמעט פי 2 . מצב פולס מול מצב CW. נראה שלמצב CW יש יותר הפסדים ממצב דופק מכיוון שעוצמת הלייזר תמיד בשיא.
עם זאת, מצב הפעלת הלייזר אינו השיקול היחיד בהחלטה האם להשתמש בלייזר פולס (כלומר, גל מתמשך הדלקה וכיבוי) או גל מתמשך לניקוי לייזר. דפוס הסריקה הוא שיקול חשוב נוסף. חשוב שזמן האינטראקציה בין קרן הלייזר לציפוי יהיה קצר כך שהשפעת הנזק התרמי תהיה מינימלית. ניתן להשיג זאת על ידי שימוש בפולסים קצרים בעוצמת שיא גבוהה או על ידי שימוש בלייזר מתמשך ובמהירות סריקה מהירות.
בהתחשב בכך שכוח לייזר מתמשך הוא בדרך כלל חזק יותר, זול יותר וקשוח יותר מלייזרים דופקים, זוהי בחירה לא רעה לניקוי לייזר. למרבה הצער, סורקי הגלוונומטר המשמשים באופן מסורתי לניקוי לייזר אינם יכולים להתמודד עם לייזרים מרובי קילוואט. סורקי גלוונומטר המשמשים ללייזרים בעלי הספק גבוה הם גם כבדים למדי ואינם יכולים לפעול במהירויות סריקה גבוהות. לכן הוצע סוג חדש של סורק בשם סורק מצולע שיש לו רק חלק נע אחד, המצולע [הפניה 3]. סורקי מצולע אלו מסוגלים להתמודד עם כוחות לייזר גבוהים יותר והוכחו שהם מהירים פי שלושה מסורקי גלוונומטר. באמצעות מהירויות סיבוב צנועות, סורקי מצולע יכולים לייצר מהירויות סריקה משטח העולה על 50 מטר לשנייה. מהירות סריקה גבוהה זו מאפשרת זמני אינטראקציה קצרים של האלומה עם משטח העבודה ומאפשרת שימוש בכוחות לייזר גבוהים מאוד. איור 4 מציג את העיצוב של סורק מצולע.
לסיכום, הבחירה בשימוש בלייזר CW או פולס (כלומר, CW או לייזרים קצר-פולסים קלאסיים המופעלים ומכבים) לניקוי לייזר תלויה במספר גורמים, כגון סוג המצע, כושר הספיגה של הציפוי, ועלות הלייזר. השילוב של סורק מצולע ולייזר מתמשך יכול לייצר מהירויות סריקה מהירות ומהווה אפשרות מבטיחה שניתן לשקול כאשר לא זמינים לייזרים פולסים קלאסיים.
