Компактная система лазерной очистки поверхностей с воздушным охлаждением на основе пятиканального волоконного лазера мощностью 500 Вт

Цветков А.Р., Цыпкин А.Н., Кровяков А.С., Кананыхин И.В., Высоковский С.В., Юревич В.И.

Ссылка для цитирования:

Цветков А.Р., Цыпкин А.Н., Кровяков А.С., Кананыхин И.В., Высоковский С.В., Юревич В.И. Компактная система лазерной очистки поверхностей с воздушным охлаждением на основе пятиканального волоконного лазера мощностью 500 Вт // Оптический журнал. 2026. Т. 93. № 10. С. 75–85. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2026-93-10-75-85

Tsvetkov A.R., Tsipkin A.N., Krovyakov A.S., Kananihin I.V., Visokovskiy S.V., Yurevich V.I. Compact air-cooled laser cleaning system based on 500-watt five-channel fiber laser [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2026. V. 93. № 10. P. 75–85. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2026-93-10-75-85

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. Эффективность системы лазерной очистки поверхностей с воздушным охлаждением оконечного устройства на основе пятиканального одномодового волоконного лазера с мощностью 500 Вт. Цель. Разработка компактной системы лазерной очистки на основе пятиканального одномодового волоконного лазера мощностью 500 Вт с воздушным охлаждением. Метод. Применение источника, позволяющего увеличить суммарную площадь пятен лазерного излучения с поверхностной плотностью мощности, превышающей пороговое значение удаления загрязнений, кратно числу объединённых волоконных лазеров. Поверхностная плотность мощности лазерного пятна в зоне обработки моделируется в программной среде ZEMAX, а соотношения дифракционного размера и аберрационного паттерна — в последовательном редакторе. Основные результаты. Разработана оптическая схема прибора с лазерным пистолетом, позволяющая осуществлять охлаждение воздухом и удаление элементов очистки, проанализированы критические точки тепловыделения, согласно этому разработанный несущий элемент пистолета выполнен в виде эффективного радиатора. Предложена конструкция коммерческой системы лазерной очистки. В лазерной системе каналы сканирования лазера фокусируются в пять линий с различным шагом. Практическая значимость. Разработана система лазерной очистки для применения в сферах металлообработки крупных промышленных объектов. При этом возможна доставка излучения на расстояние от источника до 50 м.

Ключевые слова:

лазерная очистка, удаление загрязнений, волоконный лазер, фокусировка, качество лазерного пятна

Коды OCIS: 140.3538, 260.360, 350.4600

Список источников:

1. Bedair S.M., Harold P. Smith atomically clean surfaces by pulsed laser bombardment // J. Appl. Phys. 1969. V. 40. P. 4776–4781. DOI: 10.1063/1.1657288
2. Zhu G., Xu Zh., Ju Y. et al. Mechanism and application of laser cleaning: a review // Optics and laser in engineering. 2020. V. 157. P. 107–130. DOI: 10.1016/j.optlaseng.2022.107130
3. Kim J., Song M., Han M. et al. A study on the application of laser cleaning process in shipbuilding industries using 100W fiber laser // Journal of mechanical science and technology. 2021. V. 35. P. 142–1427. DOI: 10.1007/s00339-020-04050-y
4. Liu Y., Liu W., Zhang D. Experimental investigations into cleaning mechanism of ship shell plant surface involved in dry laser cleaning by controlling laser power // J. Appl. Phys. 2020. V. 126. P. 866–883. DOI: 10.1007/s00339-020-04050-y
5. Biswas D.J. A beginners guide to lasers and their applications. Part 2. Cham: Springer Nature Switzerland AG, 2026. 355 p.
6. Rao M.C. Pulsed laser deposition — ablation mechanism and applications // International Jourmal of Modern Physics: Conference series. 2013. V. 22. P. 355–360. DOI: 10.1142/S2010194513010362
7. Lu Y., Yang L., Wang M. et al. Simulation pf nanosecond laser cleaning the paint based on thermal stress // International Journal for Light and Electron Optics. 2021. V. 227. P. 22–31. DOI: 10.1016/j.ijleo.2020.165589
8. Zhou Zh., Sun W., Wu J. et al. The fundamental mechanisms of laser cleaning technology and its typical applications in industry // MDPI Processes. 2023. V. 1445. P. 11–28. DOI: 10.3390/pr11051445
9. Han H., Liu W., Zhang K. A study on the influence of laser parameters on the cleaning effect of metal coating // J. Mater. Eng. Perform. 2025. P. 1–15. DOI: 10.1007/s11665-025-12557-9
10. Shenyong S., Jun X., Wengming Zh. et al. Parameters and mechanism of laser cleaning rust // Proceedings of SPIE. 2002. V. 4915. P. 274–276. DOI: 10.1117/12.482918
11. Fernandes A., Kane Deb. Dry laser cleaning threshold fluence — how it can be measured accurately? // Proceedings of SPIE. 2002. V. 4426. P. 290–295. DOI: 10.1117/12.456882
12. Brygo F., Dutouquet Ch., Le Guern Ch. et al. Laser fluence, repetition rate and pulse duration effect on a paint ablation // Applied Surface Science. 2006. V. 252. P. 2131–2138. DOI: 10.1016/j.apsusc.2005.02.143
13. Kim J., Han M., Kim J.D. et al. Removal characteristics of shop-primer paint by laser energy density in Q-switching fiber laser cleaning // Modern physics letters. 2020. V. 34. № 7–9. P. 2040042 (6 pages). DOI: 10.1142/S0217984920400424
14. Ashidate Sh., Obara M. Rust and paint stripping from power transmission towers with a pulsed Nd:YAG laser // SPIE. 2016. V. 3092. P. 740–743. DOI: 10.1117/12.270177
15. Apostol I., Damian V., Garoi F. et al. Controlled removal of overpainting and painting layers under the action of UV laser radiation // Optics and spectroscopy. 2011. V. 111. № 2. P. 287–292. DOI: 10.1134/S0030400X11080054
16. Oltra R., Yavas O., Cruz F. et al. Modelling and diagnostic of pulsed laser cleaning of oxidized metallic surfaces // Applied Surface Science. 1996. V. 96–98. P. 484–490. DOI: 10.1016/0169-4332(95)00500-5
17. Ke L., Zhu H., Wenjuan L. et al. Laser cleaning of rust on ship steel using TEA CO2 pulsed laser // Proceedings of SPIE. 2009. V. 7515. P. 75150G. DOI: 10.1117/12.846775
18. Пистолет лазерной очистки Relfar FWH20-DC30A [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://raylaslaser.en.made-in-china.com/product/XnypYRbdXKUr/China-Handheld-Laser-CleaningHead-Relfar-Portable-Laser-Clean-Gun-CleanerTorch-Fwh20-DC30A.html Laser cleaning pistol Relfar FWH20-DC30A [Electronic resource]. Access mode: https://raylaslaser.en.made-in-china.com/product/XnypYRbdXKUr/ChinaHandheld-Laser-Cleaning-Head-Relfar-PortableLaser-Clean-Gun-Cleaner-Torch-Fwh20-DC30A.html
19. Аппарат лазерной очистки металла Wattsan CW 2000 Вт [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://wattsan.ru/oborudovanie/apparat-ruchnoj-lazernojochistki-wattsan-cw-1000-1500-2000-3000-vt/
Device for laser cleaning of metal Wattsan CW 2000 W. [Electronic resource]. Access mode: https://wattsan.ru/oborudovanie/apparat-ruchnoj-lazernojochistki-wattsan-cw-1000-1500-2000-3000-vt/