Katerih materialov in površin se lahko očisti s stroji za lasersko čiščenje?(6)

Izbira pravih laserjev in procesnih parametrov

Lasersko čiščenje je močno orodje – vendar le, kadar je natančno nastavljeno. Učinkovitost, učinkovitost in varnost katerega koli postopka laserskega čiščenja je odvisna od pravilne izbire in uravnoteženja več laserjskih in skenirnih parametrov. Ti parametri neposredno nadzorujejo količino energije, ki doseže površino, način dostave te energije ter sposobnost sistema, da razlikuje med onesnaževalom in podlago.

Za doseg optimalnih rezultatov – največje odstranjevanje onesnaževal z ničelno ali minimalno škodo podlage – je nujno prilagoditi naslednje ključne parametre določenemu materialu, tipu onesnaževala in stanju površine: valovno dolžino, dolžino impulza, gostoto energije, frekvenco ponavljanja in hitrost skeniranja.

Valovna dolžina

Valovna dolžina določa barvo (ali bolj strokovno, energijsko raven) laserskega žarka in neposredno vpliva na to, kako material absorbira energijo.

Infrardeča (1064 nm, Nd:YAG ali vlaknasti laserji): Učinkovita za kovine in okside, kjer rjava ali onesnaževala absorbirajo več energije kot osnovna kovina.

Zelena (532 nm): Omogoča boljšo absorpcijo pri določenih barvah, polimerih in prevlekah tiskanih vezij.

UV (355 nm, eksimer laserji): Najbolj primerna za organske materiale, tanke filme in občutljive površine, kot so plastične mase ali elektronika.

Ključno načelo: Izberite valovno dolžino, ki jo onesnaževalo močno absorbira, podlaga pa čim manj, kar zagotavlja selektivno odstranitev.

Dolžina impulza (trajanje impulza)

Širina impulza določa, kako dolgo traja vsak laserski impulz – običajno se meri v nanosekundah (ns), pikosekundah (ps) ali femtosekundah (fs). Določa, kako hitro se dostavi energija.

Nanosekundni laserji (ns): pogosti pri industrijskem čiščenju; učinkoviti za odstranjevanje rje, barve in premoči, vendar lahko povzročijo neželene toplotne učinke.

Pikosekundni laserji (ps): hitreje dostavljajo energijo in s tem manjšo toplotno prevodnost v podlago – idealni za natančne aplikacije.

Femtosekundni laserji (fs): ultrakratki impulzi, ki ustvarjajo učinek »hladnega ablacije« – odlični za toplotno občutljive materiale ali mikroskopske površine.

Krajše trajanje impulza zmanjšuje difuzijo toplote, kar minimizira toplotno vplivljeni območje (HAZ) in ohranja celovitost podlage, še posebej pri svetlo odbijajočih ali nizkotopljivih materialih.

Gostota energije (Fluence)

Gostota energije je količina energije, ki se dostavi na enoto površine na impulz (Džoulov na cm²). Eden najpomembnejših parametrov za določitev učinkovitosti čiščenja.

Nizka fluencija (<1 J/cm²): Morda ni dovolj za odstranitev onesnaževalca ali omogoča le čiščenje šibko prilepljenih materialov.

Srednja fluencija (1–5 J/cm²): Učinkovita za najpogostejše kontaminante, kot so rjava, oksidi in barve.

Visoka fluencija (>5 J/cm²): Potrebna za debele ali obstojne sloje, vendar obstaja tveganje poškodbe podlage, če ni ustrezno nadzorovana.

Optimalna fluencija je odvisna od trdnosti vezi in toplotnih lastnosti onesnaževalca. Presežek praga ablacije zagotavlja čiščenje, vendar ne sme presegati meje poškodb podlage.

Ponovitvena frekvenca (frekvenca impulzov)

Ponovitvena frekvenca označuje število izpuščenih laserskih impulzov na sekundo, običajno merjeno v kilohercih (kHz).

Nizke ponovitvene frekvence (<10 kHz): Višja energija na impulz, vendar počasnejši pretok; uporabne za natančno in globoko čiščenje.

Visoke ponovitvene frekvence (10–200+ kHz): Omogočajo hitrejše hitrosti čiščenja, vendar zmanjšajo energijo posameznega impulza; uporabne za lažje kontaminacije in pokritost večjih površin.

Kompromis: Višja ponavljanja izboljšajo produktivnost, vendar lahko povečajo kumulativno toplotno obremenitev. Hitrost ponavljanja je treba uravnotežiti s hitrostjo skeniranja in časom hlajenja.

Hitrost skeniranja

Hitrost skeniranja je hitrost, s katero se laserski žarek premika preko površine, navadno v mm/s ali m/min. Neposredno vpliva na količino energije, ki se dostavi na določeno površino.

Počasnejše hitrosti skeniranja: več energije na enoto površine; bolj primerno za debele ali trdovratne onesnaževalce, vendar z višjim tveganjem segrevanja podlage.

Hitrejše hitrosti skeniranja: manj časa zadrževanja; idealno za tanke plasti, visoko vrednostne površine ali komponente z nizko dopustnostjo.

Namig za optimizacijo: hitrost skeniranja je treba prilagoditi frekvenci ponavljanja in prekrivanju točk, da se zagotovi enakomerna pokritost brez prekomernega izpostavljanja.

Laserjevanje ni le usmerjanje lasera in sprožanje – gre za finoma nastavljen inženirski postopek. Izbira prave kombinacije laserskih in procesnih parametrov je ključna za doseganje visokih rezultatov čiščenja z minimalnim tveganjem.

Valovanje nadzoruje absorpcijo, specifično za določen material.

Širina impulza določa, kako ostro se energija prenaša.

Gostota toka določa moč ablacije.

Ponavljalna frekvenca vpliva na hitrost obdelave in nakopičevanje toplote.

Hitrost skeniranja uravnoveša prenos energije in pokritost površine.

Vsak parameter vpliva na ostale. Za vsako uspešno uporabo – bodisi čiščenje rje s jekla, odstranjevanje barve z aluminija ali odstranjevanje folije iz keramike – je treba te nastavitve skrbno optimizirati glede na lastnosti materiala, značilnosti onesnaževalcev in zahtevano natančnost.

Ko so nastavitve pravilno konfigurirane, postane lasersko čiščenje zelo učinkovit, brezkontaktni in selektiven postopek, primeren tudi za najzahtevnejše okolje.