Импульсный против непрерывного: в чём разница между типами лазерной очистки?

Введение

Краткое введение в развитие и применение технологии лазерной очистки.

Цель статьи: провести сравнительный анализ основных различий между импульсными и непрерывными лазерными установками очистки.

I. Основы технологии лазерной очистки

Лазерная очистка — это технология удаления загрязнений (например, оксидных слоёв, масла, покрытий, ржавчины и т.д.) с поверхности материала за счёт взаимодействия лазерного излучения с поверхностью. Её основной принцип основан на точном контроле энергии лазера и выборочном воздействии на поверхность материала. Из-за различных режимов энергоподачи лазеры (непрерывные и импульсные) реализуют разные механизмы очистки.

II. Основной принцип работы непрерывного лазера

1. Характеристики подачи энергии
Непрерывный лазер (CW-лазер) излучает стабильный непрерывный световой пучок, при этом энергия равномерно распределяется во времени. Такие лазеры обладают высокой средней мощностью (от сотен до нескольких тысяч ватт), но сравнительно низкой пиковой мощностью.
Типичные длины волн: CO₂-лазер (10.6 мкм), волоконный непрерывный лазер (1.06 мкм), — длина волны влияет на коэффициент поглощения материалов.

2. Механизм очистки
Очистка основана преимущественно на тепловом воздействии:
Непрерывное излучение нагревает загрязнённый слой на поверхности, вызывая:

• Термическое расширение и отслоение — из-за различий в коэффициентах теплового расширения загрязнения и основного материала в зоне контакта накапливаются напряжения, вызывающие разрушение слоя загрязнений.

• Испарение / разложение — органические загрязнения (например, краски, смолы) испаряются или разлагаются на газы под действием высоких температур; окислы металлов могут расплавиться или быть восстановлены.

Дополнительные эффекты:
Иногда нагрев вызывает микро-воздушные потоки или образование капель расплава, что способствует удалению загрязнений и повышает эффективность очистки.

3. Ключевые параметры и влияние

• Плотность мощности — определяет скорость нагрева; необходимо держать ниже порога повреждения основного материала, чтобы избежать перегрева.

• Скорость сканирования — влияет на накопление тепла; при слишком медленном сканировании возможен перегрев, а при слишком быстром — недостаточная очистка.

  
  

III. Основной принцип работы импульсного лазера

1. Характеристики подачи энергии
Импульсный лазер излучает в форме коротких импульсов (наносекунды до пикосекунд) с высокой пиковой мощностью (до мегаватт) при сравнительно низкой средней мощности (от десятков до сотен ватт).
Типичные длины волн: Nd:YAG (1064 нм, 532 нм), импульсный волоконный лазер, эксимерный лазер (УФ-диапазон). Более короткие длины волн лучше подходят для точной очистки.

2. Механизм очистки
Очистка осуществляется за счёт совокупности физических эффектов:

• Фото-термический эффект — резкое повышение температуры загрязнений до точки испарения при кратковременном воздействии, вызывающее их удаление за счёт парового давления.

• Фото-механический эффект (ударная волна) — импульс вызывает быстрое расширение загрязнённого слоя, создавая ударную волну, способную разрушить и удалить его. Особенно эффективен для хрупких оксидных слоёв.

• Фото-химический эффект (УФ-импульсы) — УФ-лазер разрушает химические связи в загрязнении (например, в красках), расщепляя его на мелкие летучие молекулы при минимальном тепловом воздействии на подложку.

Низкое тепловое воздействие
Из-за короткой длительности импульса (наносекунды), энергия концентрируется в загрязнённом слое, и не успевает передаться основному материалу — зона теплового влияния минимальна, что делает метод идеальным для деликатных компонентов.

3. Ключевые параметры и влияние

• Энергия импульса и частота — определяют мощность очистки и частоту повторения импульсов; регулируются в зависимости от типа и толщины загрязнений.

• Длительность импульса — чем короче, тем выше пиковая мощность и эффективнее механическое воздействие (подходит для тонких и точных работ); более длинные импульсы (микросекундные) ближе по действию к непрерывному лазеру.

4.Сравнение принципов работы непрерывной и импульсной лазерной очистки

V. Ключевые различия между импульсной и непрерывной лазерной очисткой

VI. Расширение применения: сочетание принципа и сценария

Непрерывная лазерная очистка:
Широко используется в тяжелой промышленности, например, для удаления ржавчины с поверхности стали или снятия покрытий в автомобилестроении. Благодаря непрерывному тепловому воздействию позволяет быстро обрабатывать большие загрязнённые площади с высокой экономической эффективностью.

Импульсная лазерная очистка:
Незаменима в таких областях, как микроэлектроника (удаление загрязнений с поверхности чипов), аэрокосмическая промышленность (удаление покрытий с турбинных лопаток), а также в реставрации культурных ценностей (очистка от ржавчины бронзовых изделий). Отличается высокой точностью и минимальным тепловым воздействием.

VII. Заключение

Основное различие между непрерывной и импульсной лазерной очисткой заключается в различных режимах подачи энергии:

• Непрерывная очистка основана на постоянном нагреве и подходит для грубой очистки больших площадей.

• Импульсная очистка использует мгновенные высокоэнергетические импульсы, что обеспечивает точную и щадящую обработку поверхности.

Понимание принципов обеих технологий помогает выбрать оптимальный метод лазерной очистки в зависимости от конкретных задач — типа материала, степени загрязнения и требований к точности.