Las aplicaciones de limpieza y eliminación de pintura con láser han recibido mucha atención en los últimos años, ya que los métodos tradicionales de eliminación de pintura, como el chorro de arena y el decapado químico, generan mucha contaminación ambiental. Es hora de aprovechar las soluciones ecológicas para eliminar pintura. Al controlar adecuadamente parámetros como el ancho del pulso, la densidad de energía, la tasa de repetición y el tamaño del haz, los láseres se pueden utilizar para realizar trabajos de alta calidad y eliminar recubrimientos [Referencia 1] Las ventajas de la eliminación de pintura con láser se pueden resumir de la siguiente manera:
● Menos consumibles
● Menos residuos secundarios
● Sin daños mecánicos al sustrato gracias a parámetros láser controlados
● Mejor adherencia debido a la reducción de la rugosidad de la superficie.
● Más rápido que los métodos tradicionales
● Más eficiente que los métodos tradicionales
Hay dos formas de lograr la limpieza con láser. La primera es la ablación con láser, donde un pulso de alta energía o un intenso haz de onda continua generará un plasma en el recubrimiento, y la onda de choque generada por el plasma hará estallar el recubrimiento en partículas. El segundo es la descomposición térmica, donde un haz de onda continua de menor energía o un pulso largo pueden calentar la superficie y eventualmente evaporar el recubrimiento. Estos dos mecanismos se muestran en las Figuras 1 y 2.
Figura 1 Pasos de la ablación con láser
Figura 2 Pasos de descomposición térmica
Cualquiera que sea el mecanismo, los parámetros del láser no controlados pueden dañar el sustrato y causar problemas. Se pueden utilizar láseres continuos y pulsados para la limpieza con láser, pero es importante comprender los diferentes efectos que estos láseres producen en diferentes sustratos. La absorción de un láser continuo por un sustrato depende de su longitud de onda; longitudes de onda más cortas generalmente dan como resultado una mayor absorción. Por otro lado, para un láser pulsado clásico, la profundidad de penetración LT en el sustrato es independiente de la longitud de onda y depende, en cambio, del ancho de pulso τp del láser y de la difusividad D del sustrato, como se muestra en la Ecuación 1.
Para un láser pulsado clásico, un aumento en el ancho del pulso aumenta el umbral de ablación, que se define como la energía mínima requerida para eliminar una unidad de volumen de material de acuerdo con la siguiente ecuación:
donde ρ es la densidad y Hv es el calor de vaporización (la cantidad de calor necesaria para vaporizar una unidad de masa de material en julios por gramo). Por tanto, los pulsos más largos reducen la eficacia de la ablación. Los láseres pulsados clásicos también dependen de la tasa de repetición del pulso, aumentando la eficiencia de la ablación a medida que aumenta la tasa de repetición.
Se ha realizado un estudio que investiga el funcionamiento en CW y pulsado de láseres utilizando un láser de fibra de 1,07 μm [Ref 2]. En este estudio, se encendió y apagó el mismo láser continuo para producir pulsos de larga duración. Este estudio encontró que en el modo CW, la energía específica (definida como la energía requerida para eliminar una unidad de volumen de material (mm3) en julios e inversamente proporcional a la eficiencia de la ablación) disminuye al aumentar la velocidad de escaneo y la potencia del láser. Para el modo pulsado, se encontró que la eficiencia de la ablación depende del ciclo de trabajo (la relación entre el ancho del pulso y el intervalo de tiempo entre dos pulsos). Al aumentar el ciclo de trabajo, aumentó la eficiencia de la ablación. Esto contrasta con los láseres pulsados clásicos, donde, a una tasa de repetición fija, aumentar el ancho del pulso (y por tanto el ciclo de trabajo) disminuye la eficiencia de la ablación. La Figura 3 compara la energía específica versus la potencia y la velocidad de escaneo para un láser CW de 1 kHz y un láser pulsado (es decir, láser CW encendido y apagado) sobre un sustrato de acero inoxidable.
Figura 3: El gráfico de la izquierda muestra la energía específica del láser CW versus la potencia del láser, y el gráfico de la derecha muestra la energía específica del pulso de 1 kHz versus el ciclo de trabajo del láser.
La potencia máxima del láser pulsado (es decir, láser CW que se enciende y apaga) es de 1800 W, y su potencia media es casi la misma que la del láser CW, pero como se puede observar en el gráfico, la energía específica es de casi 2 veces menor. Modo pulsado en comparación con el modo CW. El modo CW parece tener más pérdidas en comparación con el modo pulsado porque su potencia láser siempre está al máximo.
Sin embargo, el modo de funcionamiento del láser no es la única consideración a la hora de decidir si se utiliza un láser pulsado (es decir, de onda continua encendido y apagado) o de onda continua para la limpieza con láser. El modo de escaneo también es otra consideración importante a considerar. Es importante que el tiempo de interacción entre el rayo láser y el recubrimiento sea corto para que el efecto
del daño térmico es mínimo. Esto se puede lograr mediante el uso de pulsos cortos con alta intensidad máxima o mediante el uso de un láser continuo y velocidades de escaneo rápidas.
Teniendo en cuenta que la potencia del láser continuo es generalmente más potente, más barata y más resistente que los láseres pulsados, no es una mala elección para la limpieza con láser. Desafortunadamente, los escáneres galvanométricos que se utilizan tradicionalmente para la limpieza con láser no pueden manejar láseres de varios kilovatios. Los escáneres galvanómetros utilizados para láseres de alta potencia también son bastante pesados y no pueden funcionar a altas velocidades de escaneo. Por lo tanto, se ha propuesto un nuevo tipo de escáner llamado escáner poligonal que tiene una sola parte móvil, el polígono [Ref 3]. Estos escáneres poligonales son capaces de manejar potencias láser más altas y se ha demostrado que son tres veces más rápidos que los escáneres galvanómetros. Utilizando velocidades de rotación modestas, los escáneres poligonales pueden producir velocidades de escaneo de superficies superiores a 50 metros por segundo. Esta alta velocidad de escaneo permite que el tiempo de interacción del haz con la superficie de trabajo sea corto y permite utilizar potencias láser muy altas. Escáner Figuygon.
En resumen, la elección de utilizar un láser CW o pulsado (es decir, CW o láseres clásicos de pulso corto que se encienden y apagan) para la limpieza con láser depende de varios factores, como el tipo de sustrato, la absortividad del recubrimiento y la Costo del láser. La combinación de un escáner poligonal y un láser continuo produce velocidades de escaneo rápidas y es una opción prometedora a considerar cuando los láseres pulsados clásicos no están disponibles.
