Лазерная очистка: направления, проблемы, перспективы.
Как известно, в основе промышленного использования лазерных источников излучения лежат выдающиеся свойства лазерного луча – монохроматичность, когерентность, малая расходимость, высокая мощность. Эти свойства определяют уникальные свойства лазерного луча, как технологического инструмента для обработки различных материалов, создавая исключительно высокие удельные энергетические характеристики. Важнейшим параметром для рассмотрения большинства технологических вопросов является плотность мощности лазерного излучения в зоне обработки. Протекающие в этой зоне физические процессы находятся в прямой зависимости от этой величины и эта зависимость, как правило, имеет пороговый характер. Ещё один важнейший аспект взаимодействия лазерного излучения с веществом – имеющий место в большом числе случаев поверхностный характер поглощения излучения. Это явление приводит к очень высокому значению поглощаемой мощности на единицу объёма вещества и, соответственно, к высоким значениям его параметров, таких, как температура, давление, локальная скорость.
Локальность обработки в пространстве и во времени, высокие достижимые параметры вещества при обработке являются физическими предпосылками развития технологии лазерной очистки. Бурное развитие лазерной промышленности, потребности современного производства и научно-технический прогресс привели к тому, что лазерные технологические устройства за последние 40 лет стали дешевле, проще в обслуживании, более компактными, мобильными и доступными. Появились сравнительно дешёвые и простые системы управления лазерным лучом. Появилось на свет четвёртое поколение лазерных источников, на голову опережающее предыдущие по технологическим качествам – волоконные лазеры. Развитие вычислительной техники позволило создать автоматизированные и роботизированные комплексы для лазерной обработки. Все эти обстоятельства вместе стали техническими предпосылками развития технологии лазерной очистки и привели к тому, что техническая реализация физических принципов лазерной очистки стала доступной реальностью, а сама лазерная очистка превратилась в доступный и сравнительно недорогой инструмент.
Основные направления лазерной очистки таковы: очистка произведений искусства и памятников; очистка металлов в рамках технологических процессов производства; очистка поверхности от радиоактивных загрязнений (лазерная дезактивация); микроочистка в различных отраслях электроники. Очистка предметов искусства предполагает прежде всего отсутствие повреждения материала объекта. Поэтому это направление лазерной очистки имеет соответствующую специфику. Также разнородность обрабатываемых материалов предопределяет широкий спектр применимого лазерного оборудования, так как для удаления разных типов загрязнений с разных объектов требуются лазеры с различной длиной волны и с различной мощностью. Так, например, для очистки живописи применяют лазеры видимого спектра, для очистки металлодекора применяют инфракрасные импульсные волоконные лазеры, и так далее. При технологической очистке металлов помимо качества очистки требуется прежде всего производительность. На повреждения основного материала в большом числе случаев можно закрыть глаза. Поэтому первым кандидатом на источник лазерного излучения в этом случае являются импульсные волоконные лазеры максимально достижимой для этого типа источников мощности. В ряде случаев могут быть использованы твердотельные лазеры с коротким импульсом. При лазерной дезактивации радиационно-загрязнённых поверхностей применяются твердотельные лазеры с коротким импульсом. В определённых случаях могут применяться волоконные лазеры.
Основная проблема лазерной очистки – сравнительно высокая цена оборудования и необходимость конкурировать с малозатратными видами очистки, такими, как ручная или пескоструйная. Также существенной проблемой является отсутствие автоматизированного контроля процесса очистки. В ряде случаев невозможен даже визуальный контроль. Перспективы лазерной очистки в первую очередь связаны с созданием систем автоматического контроля процесса. Это сделает ненужным наблюдение за технологическим процессом со стороны оператора. Соответственно возрастёт число возможных применений лазерной очистки. Наиболее на данный момент перспективное направление исследований в этой области – совмещение технологии лазерной очистки со спектроскопией лазерной искры в режиме реального времени – LIBS.
