09.08.2016

Projektlaufzeit

Projektart

Interdisziplinäres Projekt

Projektstatus

Geschlossen

Kurzbeschreibung

Die berührungslose Laser-Reinigung von organischen Materialien ist gekennzeichnet durch die Selektivität und räumliche Präzision der Laser-Bearbeitung sowie reproduzierbare und objektivierbare Ergebnisse.

Ort

Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Unter den Eichen 87
12205 Berlin

Kirchenbilder

Restaurierung eines mittelalterlichen Kirchenfensters aus dem 14. Jahrhundert

Quelle: BAM

Gegenstand

Laser-Reinigung kann klassische restauratorische Reinigungsmethoden (z.B. mechanisch, chemisch) ergänzen und teilweise ersetzen. Für den Reinigungsprozess wird die Energie der Laserimpulse in die Verunreinigung eingekoppelt, um diese (z.B. durch Verdampfung) zu entfernen. Eine Voraussetzung für einen erfolgreichen Lasereinsatz ist ein möglichst großer Unterschied zwischen den optischen Eigenschaften von zu erhaltendem Objekt und der Verschmutzung. Einen günstigen Fall stellt z.B. eine stark absorbierende (schwarze) Schmutzschicht auf einem gering absorbierenden (weißen) Untergrund dar. In einem bestimmten Parameterbereich des Lasers wird bei der Reinigungsprozedur das Substratmaterial nicht geschädigt, sondern (wie erwünscht) nur die Kontamination entfernt.

Der BAM-Kompetenzbereich "Kurzpulslasertechnologien“ (BAM Fachbereich Technolgien mit Nanowerkstoffen) verfügt über langjährige Erfahrungen auf dem Gebiet der Reinigung von empfindlichen organischen Materialien wie Papier, Pergament und Textilien mit gepulster Laserstrahlung. Für diese Arbeiten wird eine Laser-Reinigungsanlage genutzt, die auf restauratorische Bedürfnisse zugeschnitten ist. Mit Hilfe einer Computersteuerung können der zu reinigende Bereich auf den Proben ausgewählt und die Laserparameter eingestellt werden. Während der Laserbestrahlung wird der Bearbeitungsbereich verschlossen, womit das Tragen von Laser-Schutzbrillen entfällt. Die beim Prozess entstehenden Abtragsprodukte werden abgesaugt. Das Bearbeiten von Flächen mit maximal 10 cm Kantenlänge (in einem Arbeitstakt) wird durch die Bewegung des Laserstrahles relativ zur Probe mittels Scannertechnik gewährleistet. Der Laser emittiert Impulse mit Dauern im Nanosekundenbereich und einer Impulsfolgefrequenz von maximal 500 Hz. Er kann bei Wellenlängen von 1064 nm (infrarot) und 532 nm (grün) betrieben werden.

Die Laser-Reinigungstechnik wurde in der BAM-Gruppe bisher auf folgende Typen von Objekt-Verunreinigungen angewendet:

  • Oberflächliche Verschmutzungen („Kruste“),
  • Entfernung von nachträglichen und unerwünschten Modifikationen des Objektes (z.B. Stempel),
  • Verschmutzung an Rissen,
  • Leimflecken,
  • Pilzbefall.

Die berührungslose Laser-Reinigung von organischen Materialien ist im Allgemeinen gekennzeichnet durch die Selektivität und räumliche Präzision der Laser-Bearbeitung sowie reproduzierbare und objektivierbare Ergebnisse. Schwierigkeiten kann die Laser-Applikation dann bereiten, wenn die Reinigung nicht nur an der Oberfläche sondern im Volumen eines Objektes erfolgen soll. Hierbei ist im Einzelfall zu prüfen, ob die konkreten Gegebenheiten einen Lasereinsatz sinnvoll erscheinen lassen.

Die an der BAM vorhandene Laser-Reinigungsanlage ist für die Bearbeitung ebener Objekte mit maximalen Abmessungen von 1 m x 1 m geeignet. Prinzipiell sind die Möglichkeiten des Lasersystems nicht auf organische Materialien begrenzt.

Kooperationspartner

Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Hochschule für Angewandte Wissenschaft und Kunst (HAWK), Fachbereich Konservierung/Restaurierung
Akademie der bildenden Künste Wien
Prevart GmbH
Universität Hohenheim, Institut für Physik und Meteorologie
Institut für Papierrestaurierung, Schloss Schönbrunn – Orangerie

Ausgewählte Veröffentlichungen

[1] M. Mäder, H. Holle, M. Schreiner, S. Pentzien, J. Krüger, and W. Kautek, Traditional and laser cleaning methods of historic picture post cards, Springer Proceedings in Physics 116 (2007) 281.

[2] J. Krüger, S. Pentzien, and K. von Lerber, Determination of a working range for the laser cleaning of soiled silk, Springer Proceedings in Physics 116 (2007) 321.

[3] R. Wurster, S. Pentzien, A. Conradi, and J. Krüger, Characterization of laser-generated microparticles by means of a dust monitor and SEM imaging, Laser Chemistry 2006 (2006) Article ID 31862.

[4] E. Pilch, S. Pentzien, H. Mädebach, and W. Kautek, Anti-fungal laser treatment of paper: a model study with a laser wavelength of 532 nm, Springer Proceedings in Physics 100 (2005) 19.

[5] W. Kautek, S. Pentzien, P. Rudolph, J. Krüger, and E. König, Laser interaction with coated collagen and cellulose fibre composites: fundamentals of laser cleaning of ancient parchment manuscripts and paper, Applied Surface Science 127-129 (1998) 746-754.