Welke materialen en oppervlakken kunnen worden gereinigd met laserschoonmaakmachines?(1)

Beginselen van laserschoonmaak

Laserreiniging is gebaseerd op de gecontroleerde interactie tussen gepulste laserstraling en materiaaloppervlakken. Het verwijdert ongewenste lagen, zoals oxiden, verven, vetten en residuen, zonder mechanisch contact, schuurmiddelen of chemicaliën. Het reinigingsproces werkt via twee hoofdmechanismen: foto-thermische en foto-mechanische effecten, die beide worden beïnvloed door de operationele parameters van de laser. Een grondig begrip van deze principes is essentieel om de reinigingsefficiëntie te waarborgen terwijl de integriteit van het onderliggende materiaal wordt beschermd.

Fysische mechanismen van laserreiniging

Foto-thermisch mechanisme

Het foto-thermische effect is gebaseerd op selectief verwarmen. Wanneer de laserstraal het oppervlak raakt, absorbeert de verontreinigingslaag de laserenergie en warmt snel op. Deze warmte kan leiden tot:

Thermische uitzetting die delaminatie veroorzaakt.

Verdamping of pyrolyse van de verontreiniging.

Smelten en herstollen waardoor de binding met het substraat wordt verzwakt.

Dit mechanisme is het meest effectief wanneer de verontreiniging een aanzienlijk hogere optische absorptie heeft dan de ondergrond bij de geselecteerde laserlengte. Bijvoorbeeld, roest of verf absorbeert vaak infraroodgolflengten beter dan het onderliggende metaal.

Foto-mechanisch mechanisme

Bij het foto-mechanische proces zetten ultrakorte laserpulsen (meestal picoseconde of femtoseconde) energie zo snel af dat warmtegeleiding minimaal is. In plaats van verwarming veroorzaakt de intense energie:

Snelle plasmavorming of micro-explosies op het oppervlak van de verontreiniging.

Vorming van schokgolven die verontreinigingen fysiek wegstoten.

Spanningsbreuken in brosse lagen, zoals corrosie of koolstofafzettingen.

Dit mechanisme is ideaal voor gevoelige ondergronden of toepassingen waarbij warmte tot een minimum moet worden beperkt, zoals bij erfgoedbehoud of micro-elektronica.

Belangrijke laserparameters

De effectiviteit en veiligheid van laserreiniging zijn sterk afhankelijk van de juiste instelling van diverse laserparameters:

Golflengte

De laser golflengte bepaalt hoeveel energie wordt geabsorbeerd door de verontreiniging en de ondergrond. Veelgebruikte golflengten zijn:

1064 nm (Infrarood): Geschikt voor metalen en oxiden.

532 nm (Groen): Effectiever op pigmenten en verven.

355 nm of 248 nm (UV): Het beste voor organische en op polymeren gebaseerde verontreinigingen.

Het doel is een golflengte te kiezen die sterk wordt geabsorbeerd door de verontreiniging, maar zwak door de ondergrond.

Pulsduur

Pulsduur beïnvloedt de diepte en snelheid van energieoverdracht:

Nanoseconde-pulsen: Matige thermische effecten; geschikt voor algemene reiniging.

Picoseconde/femtoseconde-pulsen: Uiterst precies, minimale thermische diffusie; ideaal voor gevoelige oppervlakken.

Kortere pulsen verkleinen de warmtebeïnvloede zones en verbeteren de selectiviteit van de reiniging.

Pulsenergie en herhalingssnelheid

Pulsenergie (gemeten in millijoule of joule): Bepaalt hoeveel energie per puls wordt geleverd. Hogere energie kan dikker of taaier materiaal verwijderen, maar verhoogt het risico op schade aan de ondergrond.

Herhalingssnelheid (gemeten in Hz of kHz): Regelt hoe vaak pulsen worden afgegeven. Hoge herhalingssnelheden maken snellere reiniging mogelijk, maar kunnen leiden tot warmte-ophoping als dit niet zorgvuldig wordt beheerd.

Vlekformaat en overlapping

Vlekformaat beïnvloedt de resolutie en intensiteit. Kleinere vlekken maken nauwkeuriger werk mogelijk, terwijl grotere vlekken bredere oppervlakken sneller schoonmaken.

Overlapping verwijst naar de mate waarin elke puls overlapt met de vorige. Typische overlapping varieert van 50–90% om een gelijkmatige reiniging te garanderen. Te weinig overlapping veroorzaakt strepen; te veel kan het oppervlak oververhitten.

Interactie met vervuiling versus ondergronden

Een centraal principe bij laserreiniging is selectieve ablatie — het vermogen om vervuiling te verwijderen zonder de onderliggende materialen te beschadigen. Dit is afhankelijk van:

Absorptiecontrast: de verontreiniging moet de laserenergie effectiever absorberen dan het substraat.

Thermische geleidbaarheid: substraten met hoge geleidbaarheid (bijvoorbeeld koper, aluminium) verdissiperen warmte snel, waardoor het risico op beschadiging wordt verkleind.

Hechtingssterkte: los gebonden lagen zijn gemakkelijker te verwijderen via foto-mechanische effecten, terwijl sterk gehechte coatings mogelijk een hogere fluïdensiteit of meerdere doorgangen vereisen.

Laserreiniging moet zorgvuldig worden afgesteld voor elke toepassing, rekening houdend met de dikte, samenstelling en hechtingssterkte van de verontreiniging, evenals de gevoeligheid van het substraat.

Laserreiniging is een zeer gecontroleerd proces dat is gebaseerd op de fysica van laser-materiaalinteractie. Of het nu afhangt van thermische energie om verontreinigingen te verdampen of mechanische schokgolven gebruikt om ze te verwijderen, de techniek biedt ongeëvenaarde precisie. Het succes ervan hangt af van het aanpassen van laservariabelen aan elke specifieke materiaalcombinatie, waarbij de verwijdering van verontreinigingen wordt gemaximaliseerd terwijl de oppervlakte-integriteit behouden blijft. Door de foto-thermische en foto-mechanische mechanismen te beheersen en parameters zoals golflengte, pulsenergie en vlekformaat af te stemmen, kan laserreiniging veilig en effectief worden toegepast in een breed scala aan industriële en gespecialiseerde toepassingen.