На сегодняшний день лазерные технологии — одна из наиболее активно развивающихся областей высоких технологий. По интенсивности развития лазерные технологии не уступают компьютерной отрасли. Области эффективного использования лазерных технологий весьма разнообразны — обработка материалов (резка, раскройка, сварка, закалка, наплавка, гравировка, маркировка и др.), медицина, информатика, связь, военная техника и многие другие. За последнее десятилетие лазерные технологии шагнули вперед, предложив достойную альтернативу традиционным способам подготовки поверхностей. Разработки мобильной, легкой в обслуживании и достаточно мощной лазерной системы для очистки поверхностей велись с конца 80-х. Изначально они разрабатывались на основе лазеров для резки и сварки. Однако данный подход не удовлетворял требованиям, предъявляемым при очистке поверхности. 
В начале 90-х исследования по разработке более эффективной системы подготовки поверхности начали проводиться во многих лабораториях по всему миру. Еще несколько лет ушло на адаптацию систем для повседневного применения в полевых условиях. Сегодня лазер используется для очистки поверхностей в различных отраслях индустрии. В данной статье мы расскажем о различных лазерных системах для очистки поверхностей, их специализациях, а также о будущем лазеров в индустрии АКЗ.
Лазеры: какие типы лазеров существуют и как они работают. В настоящее время для работ по подготовке поверхности используют три наиболее распространённых типа лазерных систем. Твердотельные лазеры на кристалле Nd:YAG. Углекислотные лазеры TEA-CO2. Диодные лазеры. Хотя технологию генерирования лазерного луча фундаментально отличаются, способ удаления покрытий или загрязнений идентичен. Лазер генерирует направленный монохромный луч света. Обычно для создания мощного плотного потока лазерный луч сильно фокусируется. В фокусной точке интенсивный лазерный луч будет поглощаться загрязнением или краской и сжигает или сублимирует материал, то есть краску или загрязнение (рис.1). Этот процесс сжигания или выпаривания в сочетании с тепловой ударной волной удаляет материал, пока он не прекращает поглощать энергию лазера. Чем лучше материал абсорбирует энергию, тем быстрее он может быть удалён. Цвет, химический состав и толщина слоя напрямую влияют на эффективность данного процесса. Процесс удаления автоматически прекращается при достижении металлической поверхности, потому что металлическая поверхность отражает лазерный луч и, как правило, не поглощает лазерную энергию. 
Степень теплового воздействия на металл может иметь большое значение. Для её минимизации многие производители лазерного оборудования используют импульсные лазерные источники. Лазеры на кристалле ND:YAG и углекислотные лазеры TEA-CO2 могут быть представлены импульсной версией, а диодные лазеры, используемые для подготовки поверхности, могут работать только как непрерывные лазеры. Интенсивность лазера, известная как мощность лазера на площадь луча, является важным параметром передачи тепла на субстрат (поверхность). Очень короткие лазерные импульсы продолжительностью лишь несколько наносекунд в сочетании с очень малым диаметром фокуса луча (0,02 дюйма) или длинные импульсы длительностью несколько миллисекунд с большим диаметром фокуса (0,2 дюйма) обеспечивают минимальную теплопередачу на субстрат. При нормальных условиях работы и при верных технологических параметрах повреждения субстрата можно избежать. Вероятность теплового воздействия при применении непрерывных лазеров гораздо выше и может привести к такой температуре, которая повредит субстрат. 
Во время недавних испытаний переносного импульсного лазера Nd:YAG (средней мощностью 500 Вт и пиковой мощностью более 400 кВт) на листе алюминия, используемого в авиастроении, максимальная температура субстрата достигла 77 0С.
Импульсные лазерные системы генерируют уровень лазерной мощности выше средней мощности источника лазера. Импульсный твердотельный лазер на 120 Вт может генерировать пиковый импульс более 160 кВт. Эта пиковая мощность и параметры луча, указанные выше, приводят к такой интенсивности лазера, которая позволяет удалять многие материалы с приемлемой производительностью. 
Преимущества технологии  лазерной абляцииЛазерная очистка является одним из наиболее экологически безопасных методов очистки или удаления краски. При лазерной очистке не остаётся отходов и окружающая территория не загрязняется отходами удаляемого материала. В процессе абляции происходит выпаривание большей части материала, и оставшиеся небольшие части и дым являются единственными отходами. 
Стоимость эксплуатации системы лазерной очистки зависит от типа лазера, но, как правило, очень низкая и, возможно, наименьшая из всех методов промышленной очистки. Стоимость эксплуатации лазеров на кристалле Nd:YAG можностью 120 или 500 Вт составляет USD 1,50-2,50 в час. Сюда включается электропотребление (около 7 кВтч) и расходные материалы. Стоимость эксплуатации диодного лазера сравнима, но она выше для углекислотных лазеров, в основном, ввиду потребления газа. 
Современные системы лазерной абляции не повредят металлическую поверхность, потому что металл будет, скорее, отражать лазерный луч, а не поглощать его. Вот почему лазерные системы являются идеальным решением для очистки или удаления краски с вулканизационных пресс-форм или в самолётостроении. Низкая теплопередача краткоимпульсных лазерных систем предотвращает плавление или деформацию металлической поверхности. Большинство лазерных систем также может использоваться на композитных материалах для удаления покрытий либо эпоксидных или полиуретановых веществ с волокон без повреждения их структуры. Этот процесс, называемый активация композитного материала, особенно часто используется в самолётостроении. 
Применение лазера для удаления краскиЛазерные системы применяются для замены этапа маскирования в процессе покрытия изделий массового производства. Эти наиболее автоматизированные системы очень часто напрямую интегрируются в процесс производства. Теперь вместо того, чтобы укрывать определенную зону от попадания покрытия, изделие может покрываться полностью, а после этого там, где это необходимо, ненужное покрытие может быть удалено. В некоторых лазерных системах пользователь может заранее запрограммировать определенную зону и более точно удалить покрытия. 
Обычно пользователями данной системы являются производители электронных компонентов, автомобилестроение и поставщики для автомобилестроения, и самолетостроение. Главная задача данной системы в самолетостроении – полное или частичное удаление краски. Наиболее сложной является очистка тонких алюминиевых листов. Все методы удаления краски, которые сейчас используются, такие как пластиковый абразив, химическая очистка или технология Flashjet, оставляют около 5% площади поверхности самолета для обработки вручную. В данном случае часто для удаления старой краски используется ручной шлифовальный станок. Военно-воздушные силы США и самолетостроение высоко оценивают полезность использования лазерных систем для удаления старой краски с самолетов. 
Для того чтобы достичь труднодоступные места на поверхности самолета, необходима гибкость и мобильность. И только волокнистые двусторонние оптические лазерные системы могут справиться с этой задачей. Некоторые лазерные системы сертифицированы производителями самолетов (Boeing, Airbus) и могут быть использованы в коммерческой или военной авиации. Скорость лазерной очистки краски на обычном 3,5-миллиметровом слое покрытия самолета при полном удалении покрытия до металлической поверхности составляет 35 футов2 /час. Если должен быть удален только верхний слой, а грунтовка не должна быть повреждена (частичное удаление краски), то скорость очистки легко может увеличиться в два раза и достичь 70 футов2/час. Процесс удаления краски с помощью лазера оставляет чистую (без следов жира и масла) поверхность с микроструктурой, идеально подходящей для нанесения краски. Если краска удалена вплоть до чистого металла, то лазерная система удаляет также и продукты окисления, такие как, например, ржавчина. 
Лазерные системы для промышленной очисткиТак как очистка лазером не требует дополнительного абразивного материала, не образует отходы и не повреждает металлическую поверхность, она идеально подходит для очистки вулканизационных пресс-форм. Пресс-формы для резиновых и пластиковых продуктов могут быть очищены в неавтономном режиме работы и замещены без повреждения и демонтирования оборудования. Формы и пресс-формы также могут быть очищены при их рабочей температуре – нет необходимости ждать их охлаждения. Лазерное оборудование, оснащенное оптоволоконной системой передачи луча, обычно требует минимум времени для настройки. Эти установки мобильные и могут быть использованы в труднодоступных местах. Низкие эксплуатационные расходы лазерной системы делают эту технологию конкурентно способной обычным методам очистки. Лазерные системы влияют также на эксплуатационные издержки собственников, минимизируя простои и увеличивая срок службы инструментов. 
Применение лазерной очистки в антикоррозионной защитеЗа последнее время мощность и производительность лазерных систем существенно возросла. Производительность лазерных систем составляет 15-20% от производительности при абразивоструйной очистке. Однако цифры производительности не смогут отразить всех достоинств лазерных систем, которые заключены в следующем: низкая стоимость рабочей силы. Для работы лазером требуется только один оператор, не нужны разнорабочие для засыпки абразива в бак и удаления отходов. Низкие накладные расходы. Стоимость работы лазера 2 $/ч. Не требуется время на очистку поверхности после работы лазера. Поверхность после обработки лазером полностью подготовлена для последующей покраски. Профиль поверхности не нарушен. Нет необходимости в удалении пыли и абразива. Минимальные затраты на утилизацию отходов. Отходы при очистке с помощью лазера значительно меньше веса системы, изначально нанесенной на поверхность, т.к. частично краска испаряется в ходе очистки. Снижение затрат на утилизацию может составить до 98%. Нет необходимости в укрывании объектов от пыли и абразива, а так же в системах пылеудаления и рекуперации абразивов. Не нужны строительные леса. Низкая затрата на транспортировку, т.к. лазерные системы достаточно компактны и мобильны.
Однако стоимость лазерной очистки выше, нежели средняя стоимость, в 10-12 $ за квадратный фут очистки при антикоррозионной защите мостов. Средняя цена при различных условиях будет колебаться от 15 до 25 $ за квадратный фут.
Лазерный метод — отличный способ для удаления только краски и ржавчины или верхнего слоя покрытия. Так, с помощью лазера возможно удалить только финишный слой покрытия, не нарушив при этом слой цинксодержащей грунтовки, который обеспечивает большую защиту поверхности, нежели укрывающие слои.
Несмторя на то что лазерные технологии в силу относительной дороговизны не снискали признания  в области АКЗ, они все равно нашли уникальные ниши для применения. Увеличение мощности лазеров в ближайшем будущем приведет к изменению ситуации на рынке промышленной очистки поверхностей, преимуществ ведь гораздо больше, нежели недостатков.

Источник