ISTOTA ABLACYJNEGO CZYSZCZENIA LASEROWEGO MATERIAŁÓW

Tadeusz BURAKOWSKI Jan MARCZAK Wojciech NAPADŁEK ISTOTA ABLACYJNEGO CZYSZCZENIA LASEROWEGO MATERIAŁÓW STRESZCZENIE Na podstawie literatury i prac własnych przedstawiono przegląd stanu wiedzy dotyczący istoty ablacyjnego czyszczenia laserowego warstw powierzchniowych różnych materiałów konstrukcyjnych posiadających nawarstwienia powstałe w procesach fizycznych oraz technologicznych. Opisano zjawisko oraz mechanizmy występujące w procesie ablacyjnego oczyszczania laserowego. Przedstawiono stosowane technologie oraz oprzyrządowanie niezbędne do realizacji ww. technologii, mającej bardzo szerokie zastosowanie w Inżynierii Powierzchni (m.in. dla materiałów konstrukcyjnych, kompozytów, powłok, nawarstwień itp.). Słowa kluczowe: Laser impulsowy Nd: YAG z Q modulacją, warstwa powierzchniowa, czyszczenie laserowe, topografia powierzchni Prof. dr hab. inż. Tadeusz BURAKOWSKI e-mail: wach@imp.edu.pl Instytut Mechaniki Precyzyjnej ul. Duchnicka 3, 01-796 Warszawa, dr hab. inż. Jan MARCZAK prof. WAT e-mail: jmarczak@wat.edu.pl WAT - Instytut Optoelektroniki dr inż. Wojciech NAPADŁEK e-mail: wnapadlek@wat.edu.pl WAT - Wydział Mechaniczny Wojskowa Akademia Techniczna ul. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa PRACE INSTYTUTU ELEKTROTECHNIKI, zeszyt 228, 2006

126 T. Burakowski, J. Marczak, W. Napadłek 1. WSTĘP Problem czystości powierzchni jest bardzo istotny, zwłaszcza we współczesnym przemyśle półprzewodników i obwodów o najwyższym stopniu integracji, w przemyśle optycznym, a także w przemysłowych procesach technologicznych kształtujących technologiczną warstwę wierzchnią w różnych elementach (np. elektroniki, telekomunikacji, medycyny, galwanotechniki, techniki motoryzacyjnej, lotnictwie i innych). Właściwe przygotowanie technologiczne powierzchni różnych materiałów (metalowych, kompozytowych, ceramicznych itp.), a szczególnie w zakresie ich czystości, ma decydujący wpływ na uzyskanie wymaganej przyczepności wytwarzanych powłok (np. galwanicznych, metalizowanych, napylanych, wytwarzanych technikami PVD itp.). Wśród stosowanych metod wiele z nich powoduje uboczne skutki ekologiczne (metody chemiczne, piaskowanie itp.) powodując zanieczyszczenie i skażenie środowiska. Na szczęście opracowano szereg nowoczesnych metod i technologii, wykorzystujących w procesie czyszczenia np. wiązkę elektronów czy promieniowanie laserowe (ultrafioletowe, widzialne i podczerwone), które umożliwiają czyszczenie nawet najdelikatniejszych powierzchni różnego rodzaju z ogromną precyzją i przywracają je do stanu pierwotnego, a nawet idealnego, bez uszkodzeń. Idea selektywnego usuwania z powierzchni optycznie absorbującej substancji np. wtórnego nawarstwienia, za pomocą promieniowania laserowego jest znana od wielu lat. Zademonstrował ją w 1965r. Arthur Schawlow, jeden z twórców lasera, odparowując selektywnie absorbujące czarne pigmenty tuszu drukarskiego z silnie odbijającej białej kartki papieru [14]. W trakcie prowadzonych od lat siedemdziesiątych badań oddziaływania promieniowania laserowego z materią zaobserwowano zjawisko zwane dzisiaj ablacją laserową [1-7,13,14]. Tradycyjne metody czyszczenia wykorzystujące np. wodę pod wysokim ciśnieniem z dodatkiem różnego rodzaju ścierniw czy kompresy chemiczne ze szczotkowaniem, usuwają nawarstwienia w sposób mechaniczny. Konkurencyjnymi metodami stosowanymi często w procesach produkcyjnych jest usuwanie zanieczyszczeń metodami chemicznymi (np. wytrawianie) oraz za pomocą ultradźwięków. W celu oczyszczenia z dużą precyzją niewielkich powierzchni zabytkowych przedmiotów, elementów elektroniki, elementów maszyn wykonanych z różnych materiałów konstrukcyjnych, wykorzystanie promieniowania laserowego staje się niezastąpione, a w niektórych przypadkach jedynie skuteczne.

Istota ablacyjnego czyszczenia laserowego materiałów 127 2. ABLACJA LASEROWA Pod tym pojęciem rozumie się odparowanie warstwy wierzchniej różnego rodzaju materiałów: metali, ceramik, tworzyw sztucznych i innych. Proces ablacji występuje w trakcie trwania impulsu laserowego, występuje oddziaływanie promieniowania laserowego (pochłanianie i rozpraszanie) z wyrzucaniem materiału (w postaci pary i cieczy). W wyniku napromienienia powierzchni materiałów za pomocą impulsu promieniowania laserowego o odpowiedniej gęstości energii w czasie (gęstości mocy), zachodzą takie zjawiska jak: absorpcja promieniowania, zjawiska cieplne lub fotochemiczne. Pożądany jest mały współczynnik odbicia promieniowania, a odpowiednio duże wzbudzenie powierzchni wymaga wiązek laserowych o dużych natężeniach i małej głębokości absorpcji promieniowania laserowego (rys. 1). Proces ablacji materiału podzielić można na kilka etapów: zdeponowana energia (w objętości) osiąga wartość progową procesu ablacji; odparowanie warstwy wierzchniej materiału może zachodzić na drodze termicznej (pirolitycznej) lub fotolitycznej (dla promieniowania z obszaru nadfioletu); powstały obłok plazmy składa się z: fragmentów cząsteczek materiału elektronów/jonów oraz produktów reakcji; obłok plazmy powoduje pochłanianie i rozproszenie padającego impulsu promieniowania laserowego; wygenerowana fala dźwiękowa (w głąb materiału) po odbiciu od granicy faz może powodować zwiększenie produktów reakcji. Grubość odparowanej warstwy wierzchniej (głębokość ablacji) zależy od: parametrów materiału: optycznych głębokości absorpcji promieniowania lasera; termicznych współczynnika przewodzenia ciepła, współczynnika dyfuzji temperatury i ciepła parowania; parametrów wiązki laserowej: długości fali promieniowania lasera (występuje silna zależność współczynnika absorpcji materiału od długości fali), gęstości energii i czasu trwania impulsu laserowego. Dla odpowiednich zastosowań warstwy wierzchniej materiału powinny być znane parametry: materiału: współczynnik przewodzenia ciepła, ciepło właściwe, moduł sprężystości, granica plastyczności, współczynnik rozszerzalności cieplnej, zależność temperatury topnienia od ciśnienia, współczynnik absorpcji (odbicia) promieniowania lasera i wiele innych;

128 T. Burakowski, J. Marczak, W. Napadłek lasera: długość fali promieniowania laserowego, moc (w impulsie lub średnia związana z częstotliwością repetycji impulsów), kąt rozbieżności wiązki laserowej oraz czas trwania impulsu, rozkład gęstości energii w przekroju poprzecznym wiązki laserowej; geometrii oświetlenia obrabianego materiału (wymiary plamki laserowej); metody obróbki, otaczającego ośrodka: atmosfera gazu obojętnego (np. hel), reaktywnego (np. azot pod zadanym ciśnieniem) lub w próżni. a) b) WIĄZKA LASEROWA WIĄZKA LASEROWA UKŁAD OPTYCZNY OGNISKUJĄCY GŁĘBOKOŚĆ ABSORPCJI IMPULS AKUSTYCZNY W POWIETRZU ABLACJA POWIERZCHNI MATERIAŁU PRZEZIERNY OBŁOK GAZU PROMIENIOWANIE ODBITE NIEPRZEZIERNY OBŁOK GAZU STREFA WPŁYWU CIEPŁA δ CIAŁO STAŁE GENERACJA FALI UDERZENIOWEJ I DŹWIĘKOWEJ c) d) Rys. 1. Oddziaływanie impulsowego promieniowania laserowego z materią w pewnym momencie czasu t oraz po zakończeniu impulsu: a) dla gęstości mocy q 10 3 10 5 W/cm 2 ; b) dla gęstości mocy q 10 8 10 9 W/cm 2, c, d) efekty końcowe umocnienia udarowego (LSP) wariant ze schematu przedstawionego na rys. b dla stopu aluminium PA31 obciążonego jednym impulsem (c) oraz dwoma impulsami laserowymi (d)

Istota ablacyjnego czyszczenia laserowego materiałów 129 3. ISTOTA LASEROWEGO OCZYSZCZANIA POWIERZCHNI W procesie odrywania cząstek za pomocą strumienia fotonów, tzw. fotoodrywania, brane są pod uwagę trzy zasadnicze siły, które powodują przyczepianie cząsteczki do powierzchni; siła van der Waalsa, siła kapilarna (wywołana siłami cząsteczek) oraz siła elektrostatyczna. Siła van der Waalsa jest siłą oddziaływań międzycząsteczkowych. Przy zmniejszaniu odległości pojawiają się gwałtownie rosnące siły odpychania, jeśli natomiast odległość ta nieco wzrośnie pojawiają się z kolei siły przyciągania cząsteczki do podłoża. Do pokonania stosunkowo dużych sił przylegania cząsteczek do podłoża bez uszkodzenia powierzchni można zastosować czyszczenie wiązką laserową z wykorzystaniem reakcji fotomechanicznej [1-11]. W wyniku intensywnej absorpcji promieniowania laserowego w warstwie przypowierzchniowej (tlenki, korozja, patyna, tłuszcze, oleje, farby lakiery i inne organiczne i nieorganiczne składniki) pojawia się jako jej skutek silny i gwałtowny wzrost temperatury. Powstaje plazma, od której w wyniku konwekcji i elektronowego przewodnictwa cieplnego następuje transport energii do wnętrza materiału, gdzie promieniowanie laserowe już nie dociera. Powstaje granica zwana frontem ablacji, na której występują silne gradienty gęstości i temperatury plazmy. Front ablacji oddziela więc dwa obszary, w których kierunki ruchu materii są przeciwne. Z obszaru bliższego zewnętrznej powierzchni następuje ucieczka nagrzanego materiału w kierunku prostopadłym do oświetlanej powierzchni. W obszarze drugim ruch materii jest skierowany w głąb podłoża. Występuje tu wąski obszar słabo tylko podgrzanej materii, zagęszczonej przez falę uderzeniową, propagującą się w wyniku prawa zachowania pędu jako reakcja układu na bardzo szybkie odparowanie materii z powierzchni. Jeśli zanieczyszczająca warstwa jest bardzo cienka, fala uderzeniowa po odbiciu się od powierzchni podłoża warstwy granicznej (międzyfazowej) zmienia kierunek propagacji, zwielokrotniając efekt wyrzucania zanieczyszczających cząsteczek. W przypadku gdy usuwana warstwa jest gruba, wystąpi przejście fali uderzeniowej w falę dźwiękową powodującą drgania litego podłoża w miejscu oświetlanym i zwielokrotnienie efektu czyszczenia. Po usunięciu narosłej warstwy, oryginalna powierzchnia jest chroniona automatycznie przed wszelkimi dalszymi uszkodzeniami, ponieważ nie istnieje już granica ośrodków faz: fala uderzeniowa już się nie odbija, lecz jest pochłaniana przez podłoże. Głębokość frontu ablacji zależy przede wszystkim od długości fali promieniowania laserowego i waha się od 0,3 do 1 mikrometra. Oznacza to, że jesteśmy w stanie w sposób kontrolowany zdejmować jedną warstwę po drugiej. Oczywiście,

130 T. Burakowski, J. Marczak, W. Napadłek proces ten zachodzi pod warunkiem odpowiedniego doboru parametrów promieniowania laserowego. Interesujące jest to, że jesteśmy w stanie w sposób płynny regulować parametrami wiązki laserowej, tzn. czasem trwania impulsu, szczytową gęstością mocy i częstotliwością repetycji impulsów. Dostarczona moc powinna być na tyle duża, aby w sposób natychmiastowy gwałtowny wytworzyć szybki przepływ ciepła do cząstki lub materiału podłoża, który jest wymagany do eksplozyjnego odparowania cząstek lub cienkich warstw, i na tyle niska, aby nie przekroczyć progu uszkodzenia powierzchni samego podłoża. Oczyszczanie powierzchni z zalegających na niej cząsteczek, nawarstwień obcych może zachodzić w środowisku mokrym lub suchym. 3.1. Czyszczenie suche Przy czyszczeniu suchym można wyróżnić dwa skrajne przypadki. W pierwszym dobiera się długość fali silnie absorbowaną tylko przez podłoże (rys. 2a). W drugim, promieniowanie laserowe jest silnie absorbowane jedynie przez cząsteczkę. Oba przypadki zilustrowano na rys. 2. W pierwszym przypadku zjawisko odrywania cząsteczki wyjaśnia się gwałtownym wzrostem grubości podłoża spowodowanym jego termicznym rozszerzeniem w wyniku absorpcji padającego promieniowania (zmiana środka masy). Pomimo iż przyrost grubości podłoża może być bardzo mały, poniżej mikrometra, to zachodzi on tak szybko, że odpowiadające mu przyśpieszenie może osiągnąć wartość nawet rzędu 10 7 g. Ogromne przyspieszenie prowadzące do usuwania cząsteczek z powierzchni można również uzyskać w przypadku silnej absorpcji promieniowania przez samą cząsteczkę (rys. 2b). a) SILNA ABSORPCJA PODŁOŻA IMPULS PROMIENIOWANIA LASEROWEGO b) SILNA ABSORPCJA CZĄSTECZKI IMPULS PROMIENIOWANIA LASEROWEGO a CZĄSTECZKA DRGANIA PODŁOŻA a CZĄSTECZKA DRGANIA CZĄSTECZKI PODŁOŻE PODŁOŻE Rys.2. Ilustracja ekstremalnych przypadków usuwania na sucho mikrocząsteczek z podłoży.

Istota ablacyjnego czyszczenia laserowego materiałów 131 3.2. Czyszczenie mokre Czyszczenie laserem może być również wydajne w wyniku wprowadzenia cieniutkiej warstewki cieczy, którą rozprowadza się na zabrudzonej powierzchni tuż przed przybyciem impulsu promieniowania laserowego. W szczególności tą cienką warstewką może być warstewka wody lub roztworu wodnego z innymi cieczami organicznymi lub nieorganicznymi. Szybka ablacja warstewki cieczy powoduje wytworzenie ogromnych krótkotrwałych sił, które pokonują siły adhezji na granicy cząsteczka-podłoże, powodując odrywanie cząsteczki. Ablacja cienkiej warstewki cieczy może być spowodowana selektywnym grzaniem przez promieniowanie laserowe, np. grzanie tylko podłoża, grzanie tylko cienkiej warstewki cieczy, oraz grzanie mieszane zarówno cząsteczki jak i warstewki cieczy. Jedną z tych metod zilustrowano na rys. 3. Metodę tę opracowano i rozwinięto ze względu na najwyższą sprawność czyszczenia laserem różnych zanieczyszczeń i podłoży. WARSTEWKA CIECZY IMPULS PROMIENIOWANIA LASEROWEGO λ = 0,248 μm WRZENIE NA GRANICY ROZDZIAŁU FAZ PODŁOŻE Rys.3. Ilustracja ekstremalnych przypadków laserowego czyszczenia powierzchni na mokro - silna absorpcja podłoża. 3.3. Usuwanie cząsteczek falą uderzeniową W nanotechnologii i przemyśle elektronicznym o wysokim stopniu integracji wykorzystuje się również fale uderzeniowe wytwarzane w otaczającym gazie (np. argon, azot) tuż nad oczyszczaną powierzchnią. W bliskiej odległości od powierzchni podłoża ogniskuje się promieniowanie laserowe w taki sposób, by nie przekroczyć gęstości mocy 10 11 W/cm 2. W ognisku soczewki skupiającej

132 T. Burakowski, J. Marczak, W. Napadłek następuje nagrzewanie i jonizacja gazu, powstaje plazma o wysokiej temperaturze i ciśnieniu. W skrócie nazywa się to zjawisko iskrą laserową. Ekspandująca plazma wytwarza falę uderzeniową, na froncie której występuje silny skok ciśnienia zdmuchujący mikrocząsteczki z podłoża [1,10-12]. Pomiary własne wizualizacji i detekcji ruchu fali uderzeniowej w powietrzu (rozlotu iskry laserowej) za pomocą kamery stroboskopowo-różniczkowej rejestrującej wykazały ponad 10 8 położeń frontu fali uderzeniowej na sekundę [5]. Do pomiaru prędkości rozlotu plazmy za pomocą optycznej kamery stroboskopowo-różniczkowej wykorzystano diagnostyczne impulsy laserowe o czasach trwania około 25-30 ps, w odstępach czasu, co ΔT ~ 8 ns. Na podstawie pomiarów oszacowana prędkość fali uderzeniowej w powietrzu wyniosła powyżej 10 7 cm/s [7]. 4. PODSUMOWANIE Istnieje wiele technologii usuwania i czyszczenia powierzchni, ale niewiele z nich spełnia wymogi ekonomiczne i ochrony środowiska. Laserowa obróbka powierzchni spełnia lub przewyższa wymagania stawiane przez elektronikę, przemysł nuklearny, kosmiczny i inżynierię lądową. Trzy typy najczęściej używanych laserów oferują charakterystyczne dla siebie zalety w postaci średnich mocy, pracy impulsowej, długości fali, zdolności do sprzężenia z materiałem obiektu i dostarczania światłowodem. Elementy elektroniczne mogą być bardzo skutecznie oczyszczane przy wykorzystaniu systemów usuwania cząstek za pomocą laserów. Systemy takie mogą pracować w otoczeniu mokrym i suchym i pracują optymalnie gdy na powierzchni przepływa ciecz usuwająca zanieczyszczenia. Cząstki zanieczyszczeń są najczęściej związane z powierzchnią siłami kowalencyjnymi, elektrostatycznymi, jonowymi lub Van der Waalsa. Do usunięcia ściśle przylegających warstw wymagana jest ablacja laserowa. Ablację osiąga się poprzez szok termiczny, topnienie i odparowanie. Usunąć można warstwy farby, tlenków, cienkie warstwy podkładu i inne warstwy organiczne/nieorganiczne. Najważniejsze jest pełne rozpoznanie oddziaływań lasera z materiałem w opracowaniu prawidłowych parametrów procesu. Pomocą w określeniu jakie zjawisko przeważa (obróbka cieplna, topienie, odparowanie) jest znajomość absorpcji energii, transferu ciepła i współczynnika odbicia.

Istota ablacyjnego czyszczenia laserowego materiałów 133 LITERATURA 1. Anisimov S.I, Luk yanchuk B.S.: Selected problems of laser ablation theory, Uspekhi Fizičeskich Nauk, 172, No.3 (2002) 301-333. 2. Анисимов С.И, Имас Я.А. Романов Г.С, Хоъыко Ю.В.: Действие изучения ъолшой мощности на мееталлы, М Наука, Москва, 1970. 3. J.F. Asmus, Interdisciplinary Science Review, Vol.12(No.2), 1987, pp.171-179. 4. Basov N.G., Krokhin O.N.: Zh. Eksp. and Teor. Fiz., Vol.46, p.171 (1964). 5. Chłodziński J., Dubik A., Kaliski S., Marczak J., Niedzielski W., Owsik J. (1977): Picosecond Diagnostics of Rapidly Changing Process, Bulletin De L Academie Polonaise Des Sciences - Seri des Sciences Techniques, Vol.XXV, No.8, p.101. 6. Marczak J.: Odnawianie dzieł sztuki za pomocą promieniowania laserowego, Przegląd Mechaniczny, z. 15-16/97, str. 37-40. 7. Marczak J.: Analiza i usuwanie nawarstwień obcych z różnych materiałów metodą ablacji laserowej, ISBN: 83-88442-94-5 (20040). 8. Marczak J., Wykorzystanie promieniowania laserowego w renowacji dzieł sztuki i obiektów zabytkowych w architekturze, Zeszyty Naukowe Instytutu Maszyn Przepływowych PAN w Gdańsku, Lasery i nowe techniki w konserwacji obiektów zabytkowych `2002, Vol. 524/1483/2002, str. 23-46 (2002). 9. Marczak J. (2001b), Surface Cleaning of Art Work by UV, VIS and IR Pulse Laser Radiation, Proceedings SPIE, Vol. 4402, Laser Techniques and Systems in Art Conservations, pp.202-209. 10. Marczak J., Jach K., Sarzyński A. (2003c), Numerical Modeling of Laser-Matter Interaction, SPIE Vol. 5146 pp. 215-225. 11. Marczak J., Napadłek W., Sarzyński A.: Modyfikacja właściwości warstwy wierzchniej aluminium za pomocą laserowej fali uderzeniowej. Inżynieria Materiałowa nr 5(147), str. 622-624, Katowice 2005. 12. Napadłek W., Marczak J., Sarzyński A., Burakowski T.: Teoretyczne i eksperymentalne badania umacnianaia stopu aluminium PA31 falą uderzeniową generowaną impulsem laserowym. Praca zbiorowa pod redakcją Włodzimierza Przybylskiego pt.: Współczesne problemy w technologii obróbki przez nagniatanie, s. 213-220, Gdańsk 2005. 13. Ready J.F.: Mechanism of. Electron Emussion Produced by a Giant Pulsa Laser. Phys. Rev 137, A620, 1965. 14. Schawlow A.L. (1965), Lasers, Science, Vol. 149, pp.13-22. Rękopis dostarczono, dnia 31.08.2006 r.

134 T. Burakowski, J. Marczak, W. Napadłek THE POINT FOR CLEANING OF MATERIALS USING LASER ABLATION T. BURAKOWSKI, J. MARCZAK W. NAPADŁEK ABSTRACT A review of material surface cleaning of various constructional materials using laser ablation method is presented. A review is based on literature data and authors works and deals with materials covered with layers produced both by physical and technological processes. Phenomena and mechanisms occuring in a process of laser ablation cleaning are described. Applied technologies and instrumentation used in surface engineering for structural materials, composites, and layers processing are described. Prof. dr hab. inż. Tadeusz Burakowski. Zainteresowania naukowe prof. T. Burakowskiego chronologicznie dotyczą: techniki rakietowej, podczerwieni, termometrii i termokinetyki, urządzeń grzejnych, energochłonności obróbki cieplnej, inżynierii materiałowej i inżynierii powierzchni. Ostatnie 20 lat poświęcił Profesor inżynierii powierzchni, w której to dziedzinie najpełniej uwidoczniły się jego przemyślenia, badania i możliwości. Jest uznawany za ojca polskiej inżynierii powierzchni. Założyciel (w 1991 r.) i przewodniczący (do dziś) Międzysekcyjnego Zespołu Inżynierii Powierzchni Komitetu Budowy Maszyn PAN. Łączny dorobek Profesora obejmuje ok. 600 pozycji (ok. 170 autorskich), w tym 6 monografii (w 6 językach, m.in. polskim, chińskim, rosyjskim, angielskim), 21 podręczników i książek, 148 artykułów naukowych (42 za granicą), ok. 200 artykułów technicznych, 180 wygłoszonych referatów (63 za granicą) i 31 patentów. W ostatnich latach wiele uwagi poświęca nowoczesnym technologiom laserowym mającym zastosowanie w inżynierii powierzchni (m.in. mikroobróbce laserowej w zakresie czyszczenia oraz umacniania warstwy wierzchniej materiałów z wykorzystaniem fal uderzeniowych generowanych impulsem laserowym). Kilkadziesiąt prac jego współautorstwa znalazło zastosowanie przemysłowe, w tym kilka konstrukcji urządzeń i aparatury pomiarowej. W 1985 r. Uzyskał zespołową nagrodę Mistrza Techniki NOT. Jest członkiem trzech Rad Programowych czasopism PAN. Jest redaktorem działowym w dwóch czasopismach naukowo technicznych. Członek wielu sekcji naukowych w kraju i za granicą.

Istota ablacyjnego czyszczenia laserowego materiałów 135 Dr hab. inż. Jan Marczak, prof. WAT otrzymał stopień naukowy mgr inż. w 1973 r. w dziedzinie fizyki i elektroniki półprzewodnikowej w Wojskowej Akademii Technicznej (WAT). W 1988 r. otrzymał w WAT stopień doktora nauk w dziedzinie elektroniki kwantowej. W 2005 r. habilitował się w WAT w dziedzinie materiałoznawstwa. Jest specjalistą w dziedzinie telemetrii laserowej oraz interakcji między promieniowaniem laserowym a materią. W Instytucie Optoelektroniki WAT jest on kierownikiem Laboratorium Zastosowań Laserowych na Wydziale Technologii Laserowych. Opracował następujące zaawansowane technologie: technologia laserowej ablacji do czyszczenia dzieł sztuki (różne podłoża), technologia powierzchniowego laserowego, udarowego utwardzania metali. Prof. Marczak koordynuje lub bierze udział w kilku międzynarodowych projektach w ramach inicjatywy EUREKA, programu COST i dwustronnych badawczo-rozwojowych projektach we współpracy z Hannover Laser Centre (Niemcy) oraz Pannon Laser Research Centre (Pecs, Węgry). Jest on mianowanym członkiem międzynarodowego zespołu ekspertów w dziedzinie laserów (European Network EULASNET) i członkiem zespołu Polish Laser Network POLLASNET, który odpowiada za technologię laserową i za zastosowanie laserów. Był on członkiem COST G7 Action (Zaawansowana Technologia Laserowa do Renowacji Dzieł Sztuki i Metody Konserwacji stosujące Technologie Laserowe). Jest również członkiem zespołów, które otrzymały nagrody Ministra Edukacji, Nauki i Technologii, Rektora WAT oraz Dyrektora Instytutu Laserowej Fizyki Plazmy i Mikrofuzjii. Dr inż. Wojciech Napadłek. Jest autorem lub współautorem kilkudziesięciu publikacji naukowych z dziedziny budowy maszyn, a w szczególności pojazdów mechanicznych. Specjalizuje się w inżynierii produkcji oraz technologii napraw pojazdów mechanicznych. Szczególne zainteresowania naukowe to inżynieria powierzchni wykorzystująca nowoczesne technologie wiązkowe (laserowe i plazmowe), zarówno w skali makro-, mikro oraz nanotechnologii. Jest współtwórcą kilku wdrożeń przemysłowych z tej dziedziny. Bierze udział w wielu projektach badawczych i celowych. Obecnie zajmuje się oddziaływaniem promieniowania laserowego z materią w zakresie spawania, napawania, czyszczenia laserowego oraz umacniania warstwy wierzchniej materiałów z wykorzystaniem fal uderzeniowych generowanych impulsem laserowym.