การใช้งานเลเซอร์ทำความสะอาดและการกำจัดสีได้รับความสนใจอย่างมากในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เนื่องจากวิธีการกำจัดสีแบบดั้งเดิม เช่น การพ่นทรายและการลอกสีด้วยสารเคมี ก่อให้เกิดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมมากมาย ถึงเวลาใช้ประโยชน์จากโซลูชันการกำจัดสีเขียวแล้ว ด้วยการควบคุมพารามิเตอร์อย่างเหมาะสม เช่น ความกว้างของพัลส์ ความหนาแน่นของพลังงาน อัตราการทำซ้ำ และขนาดลำแสง เลเซอร์สามารถใช้เพื่อทำงานคุณภาพสูงและขจัดการเคลือบได้ [อ้างอิง 1] ข้อดีของการกำจัดสีด้วยเลเซอร์สามารถสรุปได้ดังต่อไปนี้:
● วัสดุสิ้นเปลืองน้อยลง
● ลดของเสียทุติยภูมิ
● ไม่มีความเสียหายทางกลต่อวัสดุพิมพ์เนื่องจากการใช้พารามิเตอร์เลเซอร์ที่ควบคุม
● การยึดเกาะที่ดีขึ้นเนื่องจากความหยาบของพื้นผิวลดลง
● เร็วกว่าวิธีการแบบเดิม
● มีประสิทธิภาพมากกว่าวิธีการแบบเดิม
มีสองวิธีในการทำความสะอาดด้วยเลเซอร์ ประการแรกคือการระเหยด้วยเลเซอร์ โดยที่พัลส์พลังงานสูงหรือลำแสงคลื่นต่อเนื่องที่รุนแรงจะสร้างพลาสมาในสารเคลือบ และคลื่นกระแทกที่เกิดจากพลาสมาจะระเบิดสารเคลือบออกเป็นอนุภาค ประการที่สองคือการสลายตัวด้วยความร้อน ซึ่งลำแสงต่อเนื่องพลังงานต่ำหรือพัลส์ยาวสามารถทำให้พื้นผิวร้อนขึ้นและระเหยสารเคลือบออกไปในที่สุด
ไม่ว่ากลไกจะเป็นเช่นไร พารามิเตอร์เลเซอร์ที่ไม่สามารถควบคุมได้อาจทำให้วัสดุพิมพ์เสียหายและก่อให้เกิดปัญหาได้ สามารถใช้ทั้งเลเซอร์ต่อเนื่องและเลเซอร์พัลซ์ในการทำความสะอาดด้วยเลเซอร์ แต่จำเป็นต้องเข้าใจถึงผลกระทบที่แตกต่างกันที่เลเซอร์เหล่านี้ผลิตบนพื้นผิวที่แตกต่างกัน การดูดซับของเลเซอร์ต่อเนื่องโดยซับสเตรตขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นของมัน โดยโดยทั่วไปแล้วความยาวคลื่นที่สั้นกว่าจะส่งผลให้มีการดูดซับที่มากขึ้น ในทางกลับกัน สำหรับเลเซอร์พัลซิ่งแบบคลาสสิก ความลึกของการเจาะ LT เข้าไปในซับสเตรตนั้นไม่ขึ้นอยู่กับความยาวคลื่น และขึ้นอยู่กับความกว้างพัลส์ τp ของเลเซอร์และค่าสัมประสิทธิ์การแพร่กระจาย D ของซับสเตรตแทน ดังแสดงในสมการที่ 1
สำหรับเลเซอร์พัลซิ่งแบบคลาสสิก การเพิ่มความกว้างของพัลส์จะเพิ่มเกณฑ์การระเหย ซึ่งถูกกำหนดให้เป็นพลังงานขั้นต่ำที่จำเป็นในการขจัดปริมาตรของวัสดุตามสมการต่อไปนี้:
โดยที่ ρ คือความหนาแน่น และ Hv คือความร้อนของการกลายเป็นไอ (ปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการทำให้มวลวัสดุกลายเป็นไอในหน่วยจูลส์ต่อกรัม) ดังนั้นพัลส์ที่ยาวขึ้นจะลดประสิทธิภาพการระเหยลง เลเซอร์พัลซิ่งแบบคลาสสิกยังขึ้นอยู่กับอัตราการเกิดซ้ำของพัลส์ โดยที่ประสิทธิภาพการระเหยจะเพิ่มขึ้นตามอัตราการเกิดซ้ำที่เพิ่มขึ้น
มีการศึกษาเพื่อตรวจสอบโหมดการทำงานตามเข็มนาฬิกาและพัลส์ของเลเซอร์โดยใช้ไฟเบอร์เลเซอร์ 1.07 μm [อ้างอิง 2] ในการศึกษานี้ เลเซอร์ CW เดียวกันถูกเปิดและปิดเพื่อสร้างพัลส์ความกว้างยาว การศึกษานี้พบว่าในโหมด CW พลังงานจำเพาะ (หมายถึงพลังงานที่จำเป็นในการขจัดปริมาตรต่อหน่วยของวัสดุ (มม.3) ในหน่วยจูลส์และเป็นสัดส่วนผกผันกับประสิทธิภาพการระเหย) จะลดลงเมื่อความเร็วในการสแกนและกำลังเลเซอร์เพิ่มขึ้น สำหรับโหมดพัลส์ พบว่าประสิทธิภาพการระเหยขึ้นอยู่กับรอบการทำงาน (อัตราส่วนของความกว้างพัลส์ต่อช่วงเวลาระหว่างสองพัลส์) การเพิ่มรอบการทำงานทำให้ประสิทธิภาพการระเหยเพิ่มขึ้น สิ่งนี้ตรงกันข้ามกับเลเซอร์พัลซิ่งแบบคลาสสิก โดยที่อัตราการทำซ้ำคงที่ การเพิ่มความกว้างของพัลส์ (และรอบการทำงาน) จะลดประสิทธิภาพการระเหย รูปที่ 3 เปรียบเทียบพลังงานจำเพาะกับกำลังและความเร็วในการสแกนสำหรับเลเซอร์ CW 1 kHz และเลเซอร์พัลซ์ (เช่น เลเซอร์ CW ที่เปิดและปิด) บนพื้นผิวสแตนเลส
พัลส์เลเซอร์ (เช่น การเปิดและปิดเลเซอร์ CW) มีกำลังสูงสุด 1800 W และกำลังเฉลี่ยเกือบเท่ากับเลเซอร์ CW แต่ดังสังเกตได้จากรูป พลังงานจำเพาะจะลดลงเกือบ 2 เท่า . โหมดพัลซิ่งกับโหมด CW โหมด CW ดูเหมือนจะมีการสูญเสียมากกว่าโหมดพัลซิ่ง เนื่องจากกำลังเลเซอร์อยู่ที่ค่าสูงสุดเสมอ
อย่างไรก็ตาม โหมดที่ใช้งานเลเซอร์ไม่ใช่สิ่งเดียวที่ต้องพิจารณาในการตัดสินใจว่าจะใช้เลเซอร์แบบพัลส์ (เช่น เปิดและปิดคลื่นต่อเนื่อง) หรือเลเซอร์คลื่นต่อเนื่องสำหรับการทำความสะอาดเลเซอร์ รูปแบบการสแกนถือเป็นข้อพิจารณาที่สำคัญอีกประการหนึ่ง สิ่งสำคัญคือระยะเวลาปฏิสัมพันธ์ระหว่างลำแสงเลเซอร์และการเคลือบจะต้องสั้น เพื่อให้ผลกระทบของความเสียหายจากความร้อนน้อยที่สุด ซึ่งสามารถทำได้โดยใช้พัลส์สั้นที่มีความเข้มสูงสุดสูง หรือโดยใช้เลเซอร์ต่อเนื่องและความเร็วในการสแกนที่รวดเร็ว
เมื่อพิจารณาว่ากำลังเลเซอร์ต่อเนื่องโดยทั่วไปจะมีพลังมากกว่า ราคาถูกกว่า และทนทานกว่าเลเซอร์แบบพัลซ์ จึงไม่ใช่ตัวเลือกที่ไม่ดีสำหรับการทำความสะอาดด้วยเลเซอร์ น่าเสียดายที่เครื่องสแกนกัลวาโนมิเตอร์ซึ่งแต่เดิมใช้ในการทำความสะอาดด้วยเลเซอร์ไม่สามารถรองรับเลเซอร์ขนาดหลายกิโลวัตต์ได้ เครื่องสแกนกัลวาโนมิเตอร์ที่ใช้สำหรับเลเซอร์กำลังสูงนั้นค่อนข้างหนักและไม่สามารถทำงานด้วยความเร็วการสแกนสูงได้ ดังนั้นจึงมีการเสนอเครื่องสแกนชนิดใหม่ที่เรียกว่าเครื่องสแกนรูปหลายเหลี่ยมซึ่งมีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวเพียงชิ้นเดียว นั่นคือรูปหลายเหลี่ยม [อ้างอิงที่ 3] เครื่องสแกนรูปหลายเหลี่ยมเหล่านี้สามารถรองรับกำลังเลเซอร์ที่สูงกว่าได้ และแสดงให้เห็นว่าเร็วกว่าเครื่องสแกนกัลวาโนมิเตอร์ถึงสามเท่า เครื่องสแกนรูปหลายเหลี่ยมใช้ความเร็วในการหมุนที่พอประมาณ สามารถสร้างความเร็วในการสแกนพื้นผิวเกิน 50 เมตรต่อวินาที ความเร็วในการสแกนที่สูงนี้ช่วยให้มีเวลาโต้ตอบของลำแสงกับพื้นผิวชิ้นงานสั้น และอนุญาตให้ใช้กำลังเลเซอร์ที่สูงมาก รูปที่ 4 แสดงการออกแบบเครื่องสแกนรูปหลายเหลี่ยม
โดยสรุป การเลือกใช้ CW หรือเลเซอร์พัลส์ (เช่น CW หรือเลเซอร์พัลส์สั้นแบบคลาสสิกที่เปิดและปิด) สำหรับการทำความสะอาดด้วยเลเซอร์ขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ เช่น ประเภทของซับสเตรต ความสามารถในการดูดซับของสารเคลือบ และค่าเลเซอร์ การผสมผสานระหว่างเครื่องสแกนรูปหลายเหลี่ยมและเลเซอร์ต่อเนื่องจะทำให้เกิดความเร็วในการสแกนที่รวดเร็ว และเป็นตัวเลือกที่น่าพิจารณาเมื่อไม่มีเลเซอร์พัลซิ่งแบบคลาสสิก
