Laserowe czyszczenie powierzchni
Laser – co to takiego?
Laser – za Wikipedią to: „urządzenie emitujące promieniowanie elektromagnetyczne z zakresu światła widzialnego, ultrafioletu lub podczerwieni, wykorzystujące zjawisko emisji wymuszonej. Nazwa jest akronimem od (ang.) Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation: wzmocnienie światła poprzez wymuszoną emisję promieniowania.”
Teoretyczne podstawy działania lasera zostały przedstawione już w 1917 roku przez Alberta Einsteina. Ważnych przełomów dokonano jednak dopiero po drugiej wojnie światowej, równolegle z badaniami systemów radarowych. W 1960 roku Theodore Maiman skonstruował pierwszy funkcjonalny laser a w 1963 roku w Wojkowej Akademii Technicznej powstał pierwszy polski laser gazowy.
Każde światło jest zarazem falą i strumieniem fotonów przenoszących energię. Promieniowanie lasera zależnie od jego budowy ma określoną, stałą długość fali czyli jest monochromatyczne. Już z samego założenia wiązka emitowana przez laser jest:
- spójna czyli dzięki stałej częstotliwości jest stała w czasie i przestrzeni,
- „równoległa” czyli ma bardzo małą rozbieżność, a zatem świeci tylko w jednym kierunku (odmiennie do innych źródeł światła, które promieniują we wszystkich kierunkach).
W nowoczesnych urządzeniach dzięki powyższym właściwościom z wykorzystaniem rozbudowanej optyki i elektroniki, możemy wykorzystywać lasery w wielu dziedzinach, od odtwarzacza CD przez medycynę po cięcie metali.
Jednym z zastosowań jest czyszczenie powierzchni.
Czyszczenie powierzchni laserem
Czyszczenie laserowe powierzchni wykorzystuje zjawisko ablacji laserowej, czyli przejścia ciała stałego do stanu lotnego z pominięciem fazy ciekłej. Dzięki temu, że wiązka emitowana przez laser jest równoległa, łatwo ją skupić w żądanym punkcie, używając soczewek. Tym samym kumulujemy energię dokładnie tam gdzie chcemy.
Energia fotonów na zanieczyszczonej powierzchni zamieniana jest na energię termiczną, elektroniczną i mechaniczną. Taka kombinacja powoduje rozrywanie, odrywanie od czyszczonej powierzchni i odparowywanie zanieczyszczeń. Towarzyszy temu widoczny efekt „iskrzenia”, którego barwa zależna jest od czyszczonych materiałów, obłok odparowanych zanieczyszczeń oraz charakterystyczny dźwięk.
Jest jednak „ALE”. Co do zasady, żeby proces przebiegał prawidłowo czyszczone podłoże powinno odbijać światło/energię a zabrudzenie na jego powierzchni powinno je pochłaniać.
Mnogość ustawień i ich kombinacji pozwala na dobranie parametrów tak by czyszczona powierzchnia była nienaruszona a zanieczyszczenie zlikwidowane w blisko 100% (100% nie osiąga żadna metoda czyszczenia).
Laserowe czyszczenie powierzchni a rodzaje laserów czyszczących
Większość producentów dzieli lasery czyszczące ze względu na ich moc: niskiej, wysokiej czasem średniej mocy. Podział taki sugeruje, że różnica między tymi urządzeniami tkwi tylko w mocy lasera. Nic bardziej mylnego – naszym zdaniem bardziej istotne jest wskazanie profilu impulsu laserowego.
Profil Gaussowski (ostry), skupia energię w centralnym małym punkcie, która wraz z wzrostem odległości od centrum systematycznie spada. Taki profil skupia energię w bardzo małym punkcie więc moc samego lasera może pozostać względnie niska. Zazwyczaj są to lasery o mocy od 50W do 300W. W nieodległej przyszłości pojawią się również wyższe moce co uczyni obecny podział zupełnie nieodpowiednim.
Profil cylindryczny / top-hat / flat-top rozkłada energię równomiernie na znacznej powierzchni będącej okręgiem, na którego krawędziach nagle spada do zera. Profil taki dostarcza odpowiedniej do czyszczenia energii na dużą powierzchnię. Jest „delikatniejszy” i szybszy od Gaussowskiego. By jednak odpowiednio działał potrzebuje sporej mocy, dlatego są to urządzenia o mocy od 500W nawet do 2000W.
Zastosowanie w urządzeniu lasera z profilem Gaussowskim pozwala na zastosowanie chłodzenia powietrzem co ogranicza jego wagę i gabaryty oraz cenę. Urządzenia top-hat wymagają wyższego napięcia zasilania i chłodzenia cieczą. Pociąga to za sobą ogromny wzrost masy i gabarytów, niestety cena również rośnie.
Nie można jednoznacznie stwierdzić, który ze stosowanych profili jest lepszy – dla różnych zadań bywa różnie. Laserowe czyszczenie powierzchni stawia wiele wyzwań a do każdego z nich pasują inne parametry.
ul. Płochocińska 65
03-044 Warszawa