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Reinigung und Strukturierung empfindlicher Oberflächen mittels Excimerlaserstrahlung - Entwicklung und Anwendung eines Applikationsgerätes
| Content Provider | Semantic Scholar |
|---|---|
| Author | Steglich, K. |
| Copyright Year | 2007 |
| Abstract | Die Reinigung und Strukturierung empfindlicher Oberflachen wie die von Polymeren ist aufwendig und stark ressourcenbindend. Zumeist werden nasschemische, thermische oder mechanische Verfahren eingesetzt, die jedoch problematisch oder gar ungeeignet fur den Einsatz an empfindliche Oberflachen wie die von Kleingeraten, elektronischen, optischen Komponenten, Kunstwerken etc. sind. Demgegenuber wird hier mittels Excimerlaserstrahlung ein masseloses Medium eingesetzt, mit dem ein beruhrungsloser, schonender Reinigungs- oder definierter Strukturierungsprozess durch Ablation zur realisieren ist. Im Falle der Reinigung ist zu gewahrleisten, dass kein Oberflachenabtrag bzw. keine Zerstorung vorliegt. --- Fur die effiziente und zugleich schonende, definierte Oberflachenreinigung und -strukturierung wird ein technisches System (Gerat) auf Basis von Excimerlaserstrahlung entwickelt und realisiert. Unter Berucksichtigung der dominanten Partikelhaftkrafte an Oberflachen erfolgt die Gegenuberstellung optionaler Lasertypen bezuglich deren Strahlungseigenschaften und physikalischen Wirkungen (optische und thermische Eindringtiefe). Hier erweist sich der Excimerlaser als besonders passend fur eine empfindliche, dunnschichtige Ablation, so dass das Gerat fur dessen UV-Strahlung konzipiert wird. Zur Realisierung werden unterschiedliche Konzepte und Methoden erarbeitet und bezuglich ihrer Eignung untersucht bzw. optimiert: --- - Optimale Versatzstrategie der Laserstrahlung relativ zum Objekt (minimale Versatzzahl, geringster Aufwand, schnellste Bearbeitung) - Versatz des Objektes relativ zum raumfesten Laserstrahl, Versatz und Bestrahlung sequentiell (statisch) oder zeitgleich (dynamisch) - Versatz des Laserstrahls: Lichtfuhrung durch flexible Lichtwellenleiter Analyse von Einkoppelbarkeit und Transmissionsverhalten von Quarzglas- und Flussigkeitsfasern, Analyse moglicher Kernflussigkeiten - Versatz des Laserstrahls: Lichtfuhrung durch Gelenkarmsysteme - Versatz des Laserstrahls: Lichtfuhrung durch Galvanometrische Scanner --- Wesentlich fur eine gleichformige, definierte Bestrahlung und Realisierung einer homogenen Flachenbearbeitung ist eine ebenso homogene Intensitatsverteilung (TopHat) uber dem Strahlenprofil. Diesbezuglich werden folgende Homogenisierungsverfahren analysiert: --- - Starre Lichtwellenleiter Quarz-Vollglasstabe (Mantelflache poliert/unpoliert), Spiegelhohlleiterkanale - Diffraktive optische Elemente (DOE) - Zylinderlinsenhomogenisierer 1-Array (konvex und konkav), 2-Array (quadratisch und rechteckformig variabel)--- Anhand der aus den Untersuchungen ermittelten, optimalen Losungen wird ein Gerat Namens SELCU (Scaning Excimer Laser Cleaning Unit) realisiert, dass eine automatisierte, definierte, reproduzierbare und schnelle (Flachenrate ca. 4 cm2/s) Oberflachenbearbeitung ermoglicht. Zur Steigerung des Automatisierungsgrades wird ein Ablationssensor nach dem Prinzip der differentiellen Lasertriangulation sowie eine integrierte Echtzeit-Intensitatsregelung entworfen. --- Anwendung des Excimerlaser-Reinigungsgerates und Wechselwirkungsuntersuchungen Mit dem SELCU-Gerat werden die Wirkungen gepulster Excimerlaserstrahlung an Polymeroberflachen bzw. die Effizienz der Partikeldekontamination untersucht. Uber analytische Betrachtungen der Wechselwirkungsvorgange werden modellhafte Prozessbeschreibungen formuliert. Dieses sind insbesondere die photothermischen und –chemischen Reaktionsablaufe, der Einfluss der Plasmabildung sowie die nichtlineare Mehrphotonenabsorption. --- Die experimentellen Ablationsanalysen erfolgen an Polymerlackschichten fur die Kunststoffgruppen Elastomer, Duromer und Plastomer sowie explizit fur Polyurethan. Fur diese werden die Ablationsmodelle verifiziert und deren Parameter uber Regressionsanalysen determiniert. Des Weiteren wird die qualitative Oberflachenwirkung und die Plasmaausbildung untersucht sowie ein Modell fur das spezifische Partikelabstromverhalten formuliert. --- Zur Analyse der Partikeldekontamintation wird mittels des Isotops Europium152m eine kunstliche, definierte Kontamination hergestellt. Dessen Vorkommen (Masse) auf Polyurethantragern wird uber die Neutronenaktivierungsanalyse und y-Spektroskopie bestimmt. Der Bearbeitungserfolg ergibt sich durch die Vorher-Nachher-Analyse. Von besonderer Relevanz ist dabei der Einfluss der signifikanten Strahlenparameter sowie der Effizienz der indirekten, feuchtigkeitsgestutzen Wirkung. Ebenso wie fur die Polymerablation wird uber die Regressionsanalyse eine modellhafte Beschreibung des Dekontaminationsverhaltens erarbeitet. --- Das Reinigungsvermogen des SELCU-Gerates wird an realen Objekten verifiziert, die je nach Einsatz unterschiedliche, naturliche Kontaminationen aufweisen. Dabei ergibt sich fur die Laserreinigung von Rasterdruckwalzen eine gute Funktionalitat. Mit der Entwicklung eines Verfahrens zur Luminanzanalyse von Aufnahmen der relevanten Oberflachen vor/nach der Lasereinwirkung existiert eine zuverlassige Messmethode zur Quantifizierung des Reinigungserfolges. Diese Methode wird ebenso erfolgreich bei der Laserreinigung von Olgemalden eingesetzt. Hierdurch ergibt sich eine zuverlassige, homogene, schnelle und neutrale Objektrestaurierung. --- Eine weitere Anwendung besteht in der Reinigung von Glaslinsen (Scheinwerferlinsen). Wahrend des Herstellungsprozesses werden sie durch Ole und Fette kontaminiert und werden nasschemisch gereinigt. Die Bearbeitung mit dem SELCU-Gerat ermoglicht dagegen eine schnelle und schonende Reinigung. Die Wirksamkeit wird dabei durch Auftrag eines Alkoholfilms (Ethanol) oder fester Filmbildner (Kunstharzlacke) gesteigert. Hierdurch ergibt sich schon mit geringen Pulszahlen und Pulsfluenzen eine vollstandige, zuverlassige Reinigung. |
| File Format | PDF HTM / HTML |
| Alternate Webpage(s) | http://edoc.sub.uni-hamburg.de/hsu/volltexte/2008/1424/pdf/2008_Steglich.pdf |
| Language | English |
| Access Restriction | Open |
| Content Type | Text |
| Resource Type | Article |
