Les applications de nettoyage au laser et de décapage de peinture ont reçu beaucoup d'attention ces dernières années, car les méthodes traditionnelles de décapage de peinture telles que le sablage et le décapage chimique génèrent beaucoup de pollution environnementale. Il est temps de profiter des solutions écologiques de décapage de peinture. En contrôlant correctement les paramètres tels que la largeur d'impulsion, la densité d'énergie, le taux de répétition et la taille du faisceau, les lasers peuvent être utilisés pour effectuer un travail de haute qualité et éliminer les revêtements [Référence 1]. Les avantages du décapage de peinture au laser peuvent être résumés comme suit :
● Moins de consommables
● Moins de déchets secondaires
● Aucun dommage mécanique au substrat grâce aux paramètres laser contrôlés
● Meilleure adhérence grâce à une rugosité de surface réduite
● Plus rapide que les méthodes traditionnelles
● Plus efficace que les méthodes traditionnelles
Il existe deux manières de réaliser un nettoyage au laser. La première est l'ablation laser, où une impulsion à haute énergie ou un faisceau intense d'onde continue générera un plasma dans le revêtement, et l'onde de choc générée par le plasma fera exploser le revêtement en particules. La seconde est la décomposition thermique, où un faisceau d’ondes continues de faible énergie ou une impulsion longue peut chauffer la surface et éventuellement faire évaporer le revêtement. Ces deux mécanismes sont représentés sur les figures 1 et 2.
Figure 1 Étapes de l'ablation au laser
Figure 2 Étapes de décomposition thermique
Quel que soit le mécanisme, des paramètres laser non contrôlés peuvent endommager le substrat et provoquer des problèmes. Les lasers continus et pulsés peuvent être utilisés pour le nettoyage au laser, mais il est important de comprendre les différents effets que ces lasers produisent sur différents substrats. L'absorption d'un laser continu par un substrat dépend de sa longueur d'onde, les longueurs d'onde plus courtes entraînant généralement une plus grande absorption. En revanche, pour un laser pulsé classique, la profondeur de pénétration LT dans le substrat est indépendante de la longueur d'onde et dépend plutôt de la largeur d'impulsion τp du laser et de la diffusivité D du substrat, comme le montre l'équation 1.
Pour un laser pulsé classique, une augmentation de la largeur d'impulsion augmente le seuil d'ablation, qui est défini comme l'énergie minimale requise pour éliminer une unité de volume de matière selon l'équation suivante :
où ρ est la densité et Hv est la chaleur de vaporisation (la quantité de chaleur nécessaire pour vaporiser une unité de masse de matériau en Joules par gramme). Ainsi, des impulsions plus longues réduisent l’efficacité de l’ablation. Les lasers pulsés classiques dépendent également du taux de répétition des impulsions, l'efficacité de l'ablation augmentant à mesure que le taux de répétition augmente.
Une étude a été menée sur le fonctionnement CW et pulsé de lasers utilisant un laser à fibre de 1,07 μm [Réf. 2]. Dans cette étude, le même laser continu a été activé et désactivé pour produire des impulsions de grande largeur. Cette étude a révélé qu'en mode CW, l'énergie spécifique (définie comme l'énergie nécessaire pour éliminer une unité de volume de matériau (mm3) en joules et inversement proportionnelle à l'efficacité de l'ablation) diminue avec l'augmentation de la vitesse de balayage et de la puissance du laser. Pour le mode pulsé, l’efficacité de l’ablation dépend du rapport cyclique (le rapport entre la largeur d’impulsion et l’intervalle de temps entre deux impulsions). En augmentant le cycle de service, l'efficacité de l'ablation a augmenté. Cela contraste avec les lasers pulsés classiques, où, à un taux de répétition fixe, l'augmentation de la largeur d'impulsion (et donc du rapport cyclique) diminue l'efficacité de l'ablation. La figure 3 compare l'énergie spécifique en fonction de la puissance et de la vitesse de balayage pour un laser CW de 1 kHz et un laser pulsé (c'est-à-dire un laser CW allumé et éteint) sur un substrat en acier inoxydable.
Figure 3 : Le tracé de gauche montre l'énergie spécifique du laser CW par rapport à la puissance du laser, et le tracé de droite montre l'énergie spécifique de l'impulsion de 1 kHz par rapport au cycle de service du laser.
La puissance maximale du laser pulsé (c'est-à-dire le laser CW qui s'allume et s'éteint) est de 1 800 W et sa puissance moyenne est presque la même que celle du laser CW, mais comme le montre le graphique, l'énergie spécifique est presque de 2. fois plus faible. Mode pulsé par rapport au mode CW. Le mode CW semble avoir plus de pertes que le mode pulsé car sa puissance laser est toujours au maximum.
Cependant, le mode de fonctionnement du laser n'est pas le seul facteur à prendre en compte pour décider s'il faut utiliser un laser pulsé (c'est-à-dire à onde continue allumée et éteinte) ou un laser à onde continue pour le nettoyage au laser. Le mode de numérisation est également un autre facteur important à prendre en compte. Il est important que le temps d'interaction entre le faisceau laser et le revêtement soit court afin que l'effet
Les dommages thermiques sont minimes. Ceci peut être réalisé en utilisant des impulsions courtes avec une intensité maximale élevée ou en utilisant un laser continu et des vitesses de balayage rapides.
Étant donné que la puissance laser continue est généralement plus puissante, moins chère et plus robuste que les lasers pulsés, ce n’est pas un mauvais choix pour le nettoyage au laser. Malheureusement, les scanners galvanométriques traditionnellement utilisés pour le nettoyage laser ne peuvent pas gérer les lasers de plusieurs kilowatts. Les scanners galvanométriques utilisés pour les lasers haute puissance sont également assez lourds et ne peuvent pas fonctionner à des vitesses de balayage élevées. Par conséquent, un nouveau type de scanner appelé scanner polygonal a été proposé et ne comporte qu'une seule partie mobile, le polygone [Réf. 3]. Ces scanners polygonaux sont capables de gérer des puissances laser plus élevées et se sont révélés trois fois plus rapides que les scanners galvanométriques. Utilisant des vitesses de rotation modestes, les scanners polygonaux peuvent produire des vitesses de balayage de surface supérieures à 50 mètres par seconde. Cette vitesse de balayage élevée permet de réduire le temps d'interaction du faisceau avec la surface de travail et d'utiliser des puissances laser très élevées. Scanner Figuygon.
En résumé, le choix d'utiliser un laser CW ou pulsé (c'est-à-dire des lasers CW ou classiques à impulsions courtes allumés et éteints) pour le nettoyage au laser dépend de plusieurs facteurs, tels que le type de substrat, la capacité d'absorption du revêtement et la coût du laser. La combinaison d'un scanner polygonal et d'un laser continu produit des vitesses de balayage rapides et constitue une option prometteuse à considérer lorsque les lasers pulsés classiques ne sont pas disponibles.
