Die Technologie unter der Lupe
Was ist die Ablationsschwelle?
Laserreinigung ist hauptsächlich eine Form der Laserablation, bei der ein auf einer Oberfläche abgelagertes Material oder eine Materialschicht mit einem Laserstrahl entfernt wird. Als Beispiel basiert die Laserrostentfernung auf Stahl und anderen Materialien auf dem Laserablationprozess.
Ablation bezeichnet in der Physik das Abtragen von Material durch Aufheizung, etwa durch einen Laser oder durch atmosphärische Reibung.
Allerdings findet die Laserablation von Material nur statt, wenn die Energie des einfallenden Laserstrahls höher als der Ablationsschwelle dieses Materials ist. Jedes Material besitzt eine bestimmte Ablationsschwelle, die von den molekularen Bindungen abhängt und sich von anderen Materialien unterscheidet.
Auf diese Weise kann ein Material während der Laserreinigung auf hoch selektive Weise entfernt werden, ohne dass das andere Material beeinträchtigt wird, wenn der Unterschied zwischen den Ablationsschwellen zweier Materialien ausreichend groß ist.
Zum Beispiel ist die Ablationsschwelle von Rost im Vergleich zu Stahl oder Aluminium signifikant niedriger, was es ermöglicht, dass Laserreinigungssysteme den Rost vollständig verdampfen, ohne den darunter liegenden Stahl zu beschädigen.
Was ist eigentlich Laser?
Ein Laser ist ein kohärentes und fokussiertes Strahlenbündel aus Photonen; kohärent bedeutet in diesem Kontext, dass es sich um eine einzige Wellenlänge handelt, im Gegensatz zu gewöhnlichem Licht, das uns in vielen Wellenlängen trifft.
Das Akronym Laser steht für «Lichtverstärkung durch stimulierte Strahlungsemission» (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation = LASER). Laser funktionieren aufgrund von Resonanz-Effekten. Die Ausgabe eines Lasers ist ein kohärentes elektromagnetisches Feld. In einem kohärenten Strahl elektromagnetischer Energie haben alle Wellen die gleiche Frequenz und Phase.
In einem grundlegenden Laser ist eine Kammer, genannt ein Resonator, so gestaltet, dass sie infrarote (IR), sichtbare Licht- oder Ultraviolett (UV)-Wellen intern reflektiert, damit sie sich gegenseitig verstärken. Der Resonator kann Gase, Flüssigkeiten oder Feststoffe enthalten. Die Wahl des Resonatormaterials bestimmt die Wellenlänge der Ausgabe. An jedem Ende des Resonators befindet sich ein Spiegel. Einer der Spiegel ist vollständig reflektierend, so dass keine Energie durchgelassen wird, der andere Spiegel ist teilweise reflektierend und lässt ungefähr 5 Prozent der Energie durch. Die Energie wird aus einer externen Quelle in den Resonator eingeführt, das wird Pumpen genannt.
Aufgrund des Pumpens entsteht ein elektromagnetisches Feld innerhalb des Laser-Resonators bei der natürlichen (resonanten) Frequenz der Atome des Materials, das den Resonator füllt. Die Wellen werden zwischen den Spiegeln hin und her reflektiert. Die Länge des Resonators ist so, dass sich die reflektierten und wieder-reflektierten Wellenfronten bei der natürlichen Frequenz des Resonatorsubstrats in Phase verstärken. Elektromagnetische Wellen mit dieser Resonanzfrequenz treten am Ende des Resonators mit dem teilweise reflektierenden Spiegel auf. Die Ausgabe kann als ständiger Strahl oder als Reihe von kurzen, intensiven Impulsen erscheinen.
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Was sind die Vor- und Nachteile der Laserreinigungstechnologie
Laserreinigung ist umweltfreundlich, verbrauchsmaterialfrei und benötigt keine chemischen Produkte oder Lösungsmittel, da dieser Ansatz nur einen Laserstrahl verwendet, um eine Schicht zu verdampfen. Darüber hinaus stellen Laserreinigungssysteme kein Risiko für die Betreiber dar, da diese Systeme entwickelt wurden, um alle Sicherheitsstandards zu erfüllen.
Andere wichtige Vorteile bei der Verwendung der Laserreinigungstechnologie sind hohe Produktivität, das Fehlen mechanischer Schäden an der Oberfläche und die Präzision. Daher ist die Lasersäuberung die sicherste derzeit verfügbare Methode zur Entfernung von Verunreinigungen wie z.B. Rost.
Ein Nachteil dieser Technologie ist jedoch die Schwierigkeit, die Ablationsschwellen zwischen dem Substrat und der Kontaminationsschicht zu unterscheiden. Aus diesem Grund durchlaufen Fachkräfte, welche Laserreinigungssysteme bedienen, diverse Schulungen und Weiterbildungen. Auch die technisch immer weiter entwickelten Laserreinigungssysteme unterstützen den Anwender im Reinigungsprozess.
