Dabei variieren die Wirkprinzipien und Einsatzgebiete je nach eingesetztem Lasertyp. Zur Reinigung eignen sich insbesondere gepulste Laser verschiedener Wellenlängen, so z.B. gütegeschaltete Festkörper- oder Faserlaser, CO2-TEA oder Excimerlaser. Daneben lassen sich auch mit kontinuierlichen  CO2 Lasern manche Reinigungsaufgaben lösen. Die verschiedenen Reinigungsverfahren unterscheiden sich dabei durch ihr Wirkprinzip:

Reinigung mit gepulsten Festkörperlasern

Diodengepumpte gepulste Festkörperlaser wie der Nd:YAG oder Nd:YFO Laser emittieren Wellenlängen im Bereich von 1064 nm bis zu 266nm, wobei zur großflächigen Reinigung ganz überwiegend 1064nm Laser im Infrarotbereich zum Einsatz kommen. Die Pulsdauern in heute typischen industriellen Reinigungsanwendungen liegen im Bereich von wenigen bis zu 100 Nanosekunden, wobei zunehmend auch Pikosekundenlaser industriellen Einsatz finden.

 

Festkörperlaser arbeiten mit hohen Wiederholraten im kHz-Bereich (das bedeutet einige 10.000 Pulse pro Sekunde) und liefern mittlere Leistungen von wenigen Watt bis zu etwa 1 kW.

 

Es lassen sich sowohl organische Deckschichten, als auch Metalle entfernen. Aufgrund der vergleichsweise schlechten Absorption des kurzwelligen Lichts in organischen Deckschichten findet der Abtrag oft nicht durch das schichtweise ablatieren „von oben nach unten“ statt, sondern indem die Laserstrahlung erst auf dem Trägerwerkstoff und damit unter der zu entfernenden Schicht absorbiert wird und diese „von unten“ abhebt. 

 

Die wartungsarmen und kompakten Systeme sind heute für viele Reinigungsaufgaben die attraktivsten Strahlquellen. Die kurzen Wellenlängen erlauben die Übertragung des Laserlichts über flexible Lichtwellenleiter und vereinfachen dadurch die Integration in automatisierte oder handgeführte Anlagen.

Reinigung mit CO2-TEA Lasern

Ein Klassiker unter den Reinigungslasern ist der gepulste CO2-TEA Laser. Dieser Laser emittiert kurze Pulse (µs) mit hoher Pulsenergie (einige Joule). Das gepulste Licht trifft mit Spitzenleistungen von bis zu 100 Mio. Watt auf die verschmutzte Oberfläche. Die schlagartig eingebrachte Energie kann sich nicht ausbreiten und sprengt das zu entfernende Material in einem kleinen Bereich explosionsartig ab. Die Einwirkzone entspricht dabei der Größe des Laser-Strahlflecks auf der Oberfläche, die Eindringtiefe liegt je nach Anwendung bei etwa 10µm pro Puls. Indem dieser Prozess vielfach pro Sekunde wiederholt wird, lässt sich eine Oberfläche Puls für Puls freilegen.

Das abgesprengte Material – in der Regel feiner Staub und Gas – wird lokal abgesaugt und einem Filter zugeführt. Das CO2-Laserlicht wird vom Trägerwerkstoff - beispielsweise einer Vulkanisierform aus Aluminium - in der kurzen Pulsdauer kaum absorbiert. Dadurch kommt es zu keiner mechanischen, chemischen oder thermischen Beeinträchtigung des Trägermaterials. Insbesondere organische Materialien lassen sich mit dem gepulsten CO2 Laser gut von Oberflächen entfernen.

 

Darüber hinaus können auch mineralische Schichten wie Oxide und Keramiken bearbeitet werden. Als tragender Untergrund kommt beinahe jedes Material in Frage. Metalle eignen sich besonders gut, da sie die Laserstrahlung reflektieren und daher selbst nicht angegriffen werden. Es gelingt aber auch, Lackschichten von Papier zu entfernen, ohne das Papier zu schädigen oder auch nur zu bräunen.
 

Aufgrund der Wellenlänge von 9 – 10 µm ist eine Strahlführung nur über starre Umlenkspiegel möglich.

Reinigung mit Excimerlasern

Obwohl Excimerlaser deutlich geringere mittlere Leistungen als CO2 Laser erreichen, sind diese Laser und ihr Reinigungsprinzip vergleichbar. Excimer-Laser arbeiten bei deutlich kürzeren Wellenlängen (157nm bis 355nm) und werden auch noch von extrem dünnen Schichten absorbiert. Die vergleichsweise geringe Reinigungsleistung verbietet den Einsatz zur großflächigen Reinigung, doch sind Excimer-Lasersysteme zur Feinstreinigung beispielsweise im Halbleiter-Packaging geeignet. Die hohen Wartungsanforderungen und vergleichsweise hohen Betriebskosten sind im Vergleich zu Festkörper- oder CO2-Lasern deutlich nachteilhaft.

 

Reinigung mit „Dauerstrich“-Lasern

Ein dritter Reinigungsprozess wird durch den Einsatz von kontinuierlichen CO2 Lasern erzielt. Die sogenannte „CW“ (für „continous wave“) Laserstrahlung wird in einem kleinen Strahlfleck (wenige 100 µm Durchmesser) gebündelt. Das beaufschlagte Material verdampft aufgrund der Wärmeeinwirkung. Die Reinigung mit diesem „Dauerstrich“ ist nur für wenige Aufgaben geeignet. Für die Markierung organischer Materialien ist der cw-Laser jedoch aufgrund seiner hohen Wirtschaftlichkeit das Mittel der Wahl.

Materialien und Prozesszeiten

Mit CO2, Festkörper- und Excimer-Laserverfahren lassen sich eine Vielzahl von Materialien bearbeiten und abtragen. Die Geschwindigkeit wird durch die eingesetzte Laserleistung und das Absorptionsverhalten der Deckschicht bestimmt. Beim für den CO2 und Excimer typischen Volumenabtrag lassen sich pro 100 W auf die Deckschicht eingebrachte Laserleistung zwischen 10 – 20 mm³/s Material abtragen.

 

Bei Festkörperlasern werden teilweise aufgrund des unterschiedlichen Wirkprinzips („von unten“) höhere Abtragsraten erreicht.

 

Zu den bekannten Materialien, die sich mit einem der Laserverfahren entfernen lassen zählen unter anderem:

    - Prozessrückstände (z.B. in Formwerkzeugen wie Russe, Trennmittel, Kautschuk)
    - Harzrückstände
    - Produkte des Injection Moldings von Kunststoff
    - Isolierschichten (z.B. auf CU-Leiterbahnen) wie PU, PVC, PTFE, PP, Capton, PUR, PET, PI
    - Verschleiß- und Korrosionsschutz (z.B. auf Rohrleitungen) wie PA, PVF
    - Beschichtungen (z.B. auf Walzen oder in Formen) wie Gummi und Teflon
    - Lacke (auf Metall oder Verbundwerkstoffen)
    - Pulverlacke, Wasserlacke
    - Oxide
    - Metalle