Láser de limpieza con láseres de fibra de onda continua versus pulsado
Láser de limpieza con láseres de fibra de onda continua versus pulsado
La limpieza con láser utiliza un haz láser enfocado para vaporizar o desnudar rápidamente los contaminantes en la superficie de un material. En comparación con otros métodos tradicionales de limpieza física o química, la limpieza con láser no tiene contacto, sin consumibles ni contaminación, alta precisión y pequeño daño residual. Este proceso es una opción ideal para la nueva generación de tecnología de limpieza industrial.
Además, los láseres de fibra con alta confiabilidad, estabilidad y flexibilidad se han convertido en la mejor opción como fuente de haz de limpieza láser. Dos tipos de láseres de fibra, láseres de fibra de onda continua (CW) y láseres de fibra pulsados, ocupan el mercado para el procesamiento macromaterial y el procesamiento preciso de materiales. Para aplicaciones emergentes de limpieza con láser, hay preguntas sobre si se debe usar el láser de fibra CW o el láser de fibra pulsada. Aquí, comparamos las aplicaciones de limpieza con láser de los láseres de fibra CW y los láseres de fibra pulsada, y analizamos sus características respectivas y escenarios de aplicación aplicables. Este artículo proporciona una referencia útil al elegir la tecnología de limpieza láser correspondiente.
Utilizamos dos modelos de láseres para limpiar diferentes tipos de materiales: uno es la aleación de aluminio con pintura blanca (alrededor de 20 µm) y otro es acero al carbono con pintura blanca (alrededor de 40 µm). El rendimiento de la limpieza se logra ajustando el ancho del pulso (100 ns, 200 ns y 500 ns), la frecuencia (20–60 kHz) y la velocidad de escaneo (1500–9600 mm/s). Las Figuras 1 y 2 muestran el rendimiento de limpieza por los láseres de prueba detallados en la tabla.
Para los láseres de fibra pulsada, es más probable que un láser con menor frecuencia dañe el sustrato durante el proceso de limpieza, y un láser con un ancho de pulso estrecho (alrededor de 100 ns) podría limpiar la pintura más fácilmente. Es esencial equilibrar el calor entre limpiar la pintura y derretir el sustrato (efecto de calor). Un láser de fibra pulsada con una estructura de amplificador de potencia del oscilador maestro (MOPA) ofrece la ventaja del control de calor preciso, que es un punto crítico durante el proceso de limpieza.
Con un láser de fibra CW, cuanto más lenta es la velocidad de escaneo, mayor será el daño al sustrato. Sin embargo, cuando la velocidad es más alta que el umbral, una velocidad más rápida causará una limpieza insuficiente. Por lo tanto, cuando se usa el láser de fibra CW para realizar la limpieza del láser, es fundamental elegir la velocidad de escaneo correcta.
Los siguientes detalles muestran la diferencia entre los láseres de fibra CW y los láseres de fibra pulsada de tres aspectos principales: rendimiento de limpieza, eficiencia de limpieza y rugosidad después del proceso de limpieza.
Intuitivamente, los materiales son más oscuros después de la limpieza de un láser de fibra CW en comparación con un láser de fibra pulsada MOPA (Figuras 3 y 4). El calentamiento inadecuado dará como resultado la fusión del metal del sustrato durante el proceso de limpieza, lo que no es aceptable, especialmente en la industria de limpieza de módulos.
La diferente superficie microscópica del sustrato después de la limpieza se puede mostrar fácilmente bajo el microscopio (Figuras 5 y 6). El metal en el sustrato se derrite durante el proceso de limpieza con láser de fibra CW, a pesar de que se elimina la pintura. Sin embargo, cuando se limpia por el láser de fibra pulsada MOPA, el daño al sustrato es pequeño y la superficie es más suave.
La figura 7 muestra la aspereza (ra) para la superficie de los láseres de fibra pulsados CW y MOPA. El daño provocado por la limpieza láser de fibra MOPA es muy pequeño, y el valor de rugosidad es cercano o incluso más bajo que la superficie original (el láser también limpió un poco de polvo en la superficie original). Si bien los láseres CW limpian, el valor de rugosidad será de 1,5 veces más que la superficie original.
Otra ventaja traída por el láser de fibra MOPA es la alta eficiencia de limpieza. Al limpiar el polvo en la aleación de aluminio, la eficiencia de limpieza del láser de fibra pulsada MOPA es de 2,77 m2/h, que es 7.7x la eficiencia de limpieza por un láser de fibra CW (0.36 m2/H). Al limpiar el polvo del acero al carbono, la eficiencia de limpieza del láser de fibra pulsada MOPA es de 1,06 m.2/h, que es 3.5x la eficiencia de limpieza del láser de fibra CW (0.3 m2/H).
En conclusión, el polvo podría eliminarse tanto por el láser de fibra pulsada MOPA como por el láser de fibra CW. Usando la misma potencia de salida promedio, la eficiencia de limpieza del láser de fibra pulsada MOPA es más rápida que la eficiencia del láser de fibra CW. Mientras tanto, el control de calor preciso entre la limpieza y la fusión produce un buen rendimiento de limpieza, sin dañar el sustrato.
Sin embargo, el costo de un láser de fibra CW es más bajo, lo que compensa la desventaja de la eficiencia de limpieza al aumentar la potencia de salida promedio. Sin embargo, causará un efecto de calor, lo que dañará el sustrato.
Por lo tanto, diferentes aplicaciones de limpieza requerirán diferentes modelos láser. Para una limpieza precisa, como la limpieza de moho, es mejor elegir el láser de fibra pulsada MOPA. Para algunas estructuras de acero grandes, tuberías, etc., debido a su gran volumen, disipación de calor rápido y bajo requisito de daño por sustrato, el láser de fibra CW será una buena opción. JPT tiene un laboratorio de aplicaciones especializado con ingenieros altamente capacitados y varios tipos de equipos utilizados para diferentes aplicaciones (marcado, corte, soldadura, etc.), que ayuda a los clientes a evaluar las características de procesamiento antes de elegir el láser apropiado.
