Aplikasi pembersihan dan penghilangan cat dengan laser telah mendapat banyak perhatian dalam beberapa tahun terakhir, karena metode penghilangan cat tradisional seperti peledakan pasir dan pengupasan cat kimia menghasilkan banyak pencemaran lingkungan. Sekarang saatnya memanfaatkan solusi penghilangan cat ramah lingkungan. Dengan mengontrol parameter seperti lebar pulsa, kepadatan energi, laju pengulangan, dan ukuran sinar dengan benar, laser dapat digunakan untuk melakukan pekerjaan berkualitas tinggi dan menghilangkan lapisan [Referensi 1] Keuntungan penghilangan cat dengan laser dapat diringkas sebagai berikut:
● Lebih sedikit bahan habis pakai
● Lebih sedikit limbah sekunder
● Tidak ada kerusakan mekanis pada media menggunakan parameter laser yang terkontrol
● Daya rekat lebih baik karena berkurangnya kekasaran permukaan
● Lebih cepat dibandingkan metode tradisional
● Lebih efisien dibandingkan metode tradisional
Ada dua cara untuk mencapai pembersihan laser. Yang pertama adalah ablasi laser, di mana pulsa berenergi tinggi atau pancaran gelombang kontinu yang intens akan menghasilkan plasma di lapisan, dan gelombang kejut yang dihasilkan oleh plasma akan meledakkan lapisan tersebut menjadi partikel. Yang kedua adalah dekomposisi termal, di mana pancaran gelombang kontinu berenergi rendah atau pulsa panjang dapat memanaskan permukaan dan akhirnya menguapkan lapisan tersebut. Kedua mekanisme ini ditunjukkan pada Gambar 1 dan 2.
Gambar 1 Langkah-langkah ablasi laser
Gambar 2 Langkah dekomposisi termal
Apa pun mekanismenya, parameter laser yang tidak terkontrol dapat merusak media dan menimbulkan masalah. Baik laser kontinyu maupun laser berdenyut dapat digunakan untuk pembersihan laser, namun penting untuk memahami perbedaan efek yang dihasilkan laser ini pada substrat yang berbeda. Penyerapan laser kontinu oleh suatu substrat bergantung pada panjang gelombangnya, dengan panjang gelombang yang lebih pendek umumnya menghasilkan penyerapan yang lebih besar. Sebaliknya, untuk laser berdenyut klasik, kedalaman penetrasi LT ke dalam substrat tidak bergantung pada panjang gelombang dan bergantung pada lebar pulsa τp laser dan difusivitas D substrat, seperti yang ditunjukkan pada Persamaan 1.
Untuk laser berdenyut klasik, peningkatan lebar pulsa meningkatkan ambang ablasi, yang didefinisikan sebagai energi minimum yang diperlukan untuk menghilangkan satuan volume material berdasarkan persamaan berikut:
dimana ρ adalah massa jenis dan Hv adalah panas penguapan (jumlah panas yang dibutuhkan untuk menguapkan satu satuan massa bahan dalam Joule per gram). Dengan demikian, pulsa yang lebih panjang mengurangi efisiensi ablasi. Laser berdenyut klasik juga bergantung pada laju pengulangan denyut, dengan efisiensi ablasi meningkat seiring dengan meningkatnya laju pengulangan.
Sebuah penelitian telah dilakukan untuk menyelidiki CW dan pengoperasian laser berdenyut menggunakan laser serat 1,07 μm [Ref 2]. Dalam penelitian ini, laser kontinu yang sama dinyalakan dan dimatikan untuk menghasilkan pulsa dengan lebar yang panjang. Studi ini menemukan bahwa dalam mode CW, energi spesifik (didefinisikan sebagai energi yang dibutuhkan untuk menghilangkan satuan volume material (mm3) dalam Joule dan berbanding terbalik dengan efisiensi ablasi) menurun seiring dengan meningkatnya kecepatan pemindaian dan kekuatan laser. Untuk mode pulsa, efisiensi ablasi ditemukan bergantung pada siklus kerja (rasio lebar pulsa terhadap interval waktu antara dua pulsa). Meningkatkan siklus kerja, efisiensi ablasi meningkat. Hal ini berbeda dengan laser berdenyut klasik, dimana, pada tingkat pengulangan yang tetap, meningkatkan lebar pulsa (dan dengan demikian siklus kerja) menurunkan efisiensi ablasi. Gambar 3 membandingkan energi spesifik versus daya dan kecepatan pemindaian untuk laser CW 1 kHz dan laser berdenyut (yaitu, laser CW dihidupkan dan dimatikan) pada substrat baja tahan karat.
Gambar 3: Plot kiri menunjukkan energi spesifik laser CW versus daya laser, dan plot kanan menunjukkan energi spesifik pulsa 1 kHz versus siklus kerja laser
Daya puncak laser berdenyut (yaitu laser CW yang menyala dan mati) adalah 1800 W, dan daya rata-ratanya hampir sama dengan laser CW, tetapi seperti dapat diamati dari grafik, energi spesifiknya hampir 2 kali lebih rendah. Mode berdenyut dibandingkan dengan mode CW. Mode CW tampaknya memiliki lebih banyak kerugian dibandingkan mode berdenyut karena kekuatan lasernya selalu berada pada puncaknya.
Namun, mode pengoperasian laser bukan satu-satunya pertimbangan dalam memutuskan apakah akan menggunakan laser berdenyut (yaitu gelombang kontinu yang dihidupkan dan dimatikan) atau laser gelombang kontinu untuk pembersihan laser. Mode pemindaian juga merupakan pertimbangan penting untuk dipertimbangkan. Penting agar waktu interaksi antara sinar laser dan lapisan dipersingkat agar dapat menimbulkan efek
kerusakan termal minimal. Hal ini dapat dicapai dengan menggunakan pulsa pendek dengan intensitas puncak tinggi atau dengan menggunakan laser terus menerus dan kecepatan pemindaian yang cepat.
Mengingat daya laser kontinu umumnya lebih bertenaga, lebih murah, dan lebih tangguh dibandingkan laser berdenyut, ini bukanlah pilihan yang buruk untuk pembersihan laser. Sayangnya, pemindai galvanometer yang biasanya digunakan untuk pembersihan laser tidak dapat menangani laser multi-kilowatt. Pemindai galvanometer yang digunakan untuk laser berdaya tinggi juga cukup berat dan tidak dapat beroperasi pada kecepatan pemindaian tinggi. Oleh karena itu, telah diusulkan jenis pemindai baru yang disebut pemindai poligon yang hanya memiliki satu bagian bergerak, yaitu poligon [Ref 3]. Pemindai poligon ini mampu menangani kekuatan laser yang lebih tinggi dan telah terbukti tiga kali lebih cepat dibandingkan pemindai galvanometer. Dengan menggunakan kecepatan rotasi sederhana, pemindai poligon dapat menghasilkan kecepatan pemindaian permukaan lebih dari 50 meter per detik. Kecepatan pemindaian yang tinggi ini memungkinkan waktu interaksi sinar dengan permukaan kerja menjadi singkat dan memungkinkan penggunaan kekuatan laser yang sangat tinggi. Pemindai Figuygon.
Singkatnya, pilihan penggunaan CW atau laser berdenyut (yaitu CW atau laser pulsa pendek klasik yang dinyalakan dan dimatikan) untuk pembersihan laser bergantung pada beberapa faktor, seperti jenis substrat, daya serap lapisan, dan daya serap lapisan. biaya laser. Kombinasi pemindai poligon dan laser kontinu menghasilkan kecepatan pemindaian yang cepat dan merupakan pilihan yang menjanjikan untuk dipertimbangkan ketika laser berdenyut klasik tidak tersedia.
