W ostatnich latach czyszczenie laserowe stało się jednym z głównych ośrodków badawczych w dziedzinie produkcji przemysłowej, badania obejmują proces, teorię, sprzęt i zastosowania. W zastosowaniach przemysłowych technologia czyszczenia laserowego jest w stanie niezawodnie oczyścić dużą liczbę różnych powierzchni podłoża, oczyścić obiekty, w tym stal, aluminium, tytan, szkło i materiały kompozytowe itp., w branżach zastosowań obejmujących przemysł lotniczy, lotniczy, transportowy, szybkie kolej, motoryzacja, pleśń, energia jądrowa oraz branża morska i inne.
Technologia czyszczenia laserowego, której początki sięgają lat 60-tych XX wieku, ma zalety dobrego efektu czyszczenia, szerokiego zakresu zastosowań, wysokiej precyzji, bezdotyku i dostępności. W produkcji przemysłowej produkcja i konserwacja oraz inne dziedziny mają szerokie perspektywy zastosowania i oczekuje się, że częściowo lub całkowicie zastąpią tradycyjne metody czyszczenia i staną się najbardziej obiecującą technologią ekologicznego czyszczenia w XXI wieku.
Metoda czyszczenia laserowego
Proces czyszczenia laserowego jest bardzo złożony i obejmuje wiele mechanizmów usuwania materiału, w przypadku metody czyszczenia laserowego w procesie czyszczenia może jednocześnie występować wiele mechanizmów, co można głównie przypisać interakcji pomiędzy laserem a materiałem, m.in. ablacja powierzchni materiału, rozkład, jonizacja, degradacja, topienie, spalanie, parowanie, wibracje, rozpylanie, rozszerzanie, kurczenie się, eksplozja, łuszczenie się, zrzucanie i inne zmiany fizyczne i chemiczne. proces.
Obecnie typowe metody czyszczenia laserowego to głównie trzy: czyszczenie ablacją laserową, czyszczenie laserem wspomaganym cieczą i metody czyszczenia laserową falą uderzeniową.
Metoda czyszczenia ablacją laserową
Głównymi mechanizmami metodologicznymi są rozszerzalność cieplna, parowanie, ablacja i eksplozja fazowa. Laser działa bezpośrednio na usuwany materiał z powierzchni podłoża, a warunkami otoczenia może być powietrze, rozrzedzony gaz lub próżnia. Warunki pracy są proste i najczęściej stosowane do usuwania różnych powłok, farb, cząstek lub brudu. Poniższy diagram przedstawia schemat procesu czyszczenia metodą ablacji laserowej.
Podczas naświetlania laserem powierzchni materiału, podłoża i materiałów czyszczących następuje pierwsza rozszerzalność cieplna. Wraz ze wzrostem czasu interakcji lasera z materiałem czyszczącym, jeśli temperatura jest niższa niż próg kawitacji materiału czyszczącego, następuje jedynie fizyczna zmiana materiału czyszczącego, różnica między materiałem czyszczącym a współczynnikiem rozszerzalności cieplnej podłoża prowadzi do ciśnienia na granicy faz , wyboczenie materiału czyszczącego, oderwanie się od powierzchni podłoża, pękanie, pękanie mechaniczne, zgniatanie wibracyjne itp., materiał czyszczący jest usuwany strumieniowo lub usuwany z powierzchni podłoża.
Jeżeli temperatura będzie wyższa niż temperatura progowa zgazowania materiału czyszczącego, wystąpią dwie sytuacje: 1) próg ablacji materiału czyszczącego jest niższy niż podłoże; 2) próg ablacji materiału czyszczącego jest większy niż podłoża.
Te dwa przypadki materiałów czyszczących to topienie, kawitacja i ablacja oraz inne zmiany fizykochemiczne. Mechanizm czyszczenia jest bardziej złożony, oprócz efektów termicznych, ale może również obejmować materiały czyszczące i podłoża pomiędzy zerwaniem wiązań molekularnych, rozkładem lub degradacją materiałów czyszczących, fazą eksplozja, zgazowanie materiałów czyszczących, natychmiastowa jonizacja, wytwarzanie plazmy.
(1)Czyszczenie laserowe wspomagane cieczą
Mechanizm metody opiera się głównie na wrzeniu filmu cieczy, odparowywaniu i wibracjach itp. Zastosowanie konieczności doboru odpowiedniej długości fali lasera, w taki sposób, aby zrekompensować brak ciśnienia udarowego w procesie czyszczenia ablacyjnego laserem, można wykorzystać do usunięcia niektóre z trudniejszych do usunięcia obiektów czyszczących.
Jak pokazano na poniższym rysunku, warstwa cieczy (woda, etanol lub inne ciecze) jest wstępnie pokryta powierzchnią czyszczonego obiektu, a następnie napromieniowana za pomocą lasera. Ciekła warstwa pochłania energię lasera, powodując silną eksplozję ciekłych mediów, eksplozję wrzącej cieczy z dużą prędkością ruchu, przeniesienie energii na materiały czyszczące powierzchnię, wysoka przejściowa siła wybuchu jest wystarczająca do usunięcia brudu powierzchniowego w celu osiągnięcia celów czyszczenia.
Metoda czyszczenia laserowego wspomaganego warstwą cieczy ma dwie wady.
Proces uciążliwy i trudny do kontrolowania.
Dzięki zastosowaniu ciekłego filmu skład chemiczny powierzchni podłoża po oczyszczeniu łatwo ulega zmianie i wygenerowaniu nowych substancji.
(1)Metoda czyszczenia metodą laserowej fali uderzeniowej
Podejście do procesu i mechanizm bardzo różnią się od pierwszych dwóch, mechanizm polega głównie na usuwaniu siły fali uderzeniowej, obiekty czyszczące to głównie cząstki, głównie do usuwania cząstek (w skali submikronowej lub nano). Wymagania procesu są bardzo rygorystyczne, zarówno w celu zapewnienia zdolności do jonizacji powietrza, ale także w celu zachowania odpowiedniej odległości pomiędzy laserem a podłożem, aby zapewnić odpowiednio duże działanie siły uderzenia na cząstki.
Poniżej pokazano schemat procesu czyszczenia laserową falą uderzeniową, laser jest ustawiony równolegle do kierunku strzału powierzchni podłoża, a podłoże nie styka się. Przesuń przedmiot obrabiany lub głowicę laserową, aby dostosować skupienie lasera do cząstki w pobliżu wyjścia lasera, nastąpi ogniskowy zjawisko jonizacji powietrza, co spowoduje fale uderzeniowe, fale uderzeniowe do szybkiego rozszerzenia ekspansji sferycznej i rozszerzy się na kontakt z cząsteczkami. Gdy moment składowej poprzecznej fali uderzeniowej na cząstce jest większy niż moment składowej podłużnej i siła przylegania cząstki, cząstka zostanie usunięta poprzez walcowanie.
Technologia czyszczenia laserowego
Mechanizm czyszczenia laserowego opiera się głównie na powierzchni obiektu po absorpcji energii lasera lub odparowaniu i ulatnianiu się lub chwilowej rozszerzalności cieplnej w celu przezwyciężenia adsorpcji cząstek na powierzchni, tak aby obiekt z powierzchni, a następnie osiągnął cel czyszczenia.
Z grubsza podsumowane jako: 1. rozkład oparów laserowych, 2. odpędzanie laserowe, 3. rozszerzalność cieplna cząstek brudu, 4. wibracje powierzchni podłoża i cztery aspekty wibracji cząstek
W porównaniu z tradycyjnym procesem czyszczenia, technologia czyszczenia laserowego ma następujące cechy.
1. Jest to czyszczenie „na sucho”, bez stosowania środków czyszczących ani innych roztworów chemicznych, a czystość jest znacznie wyższa niż w przypadku procesu czyszczenia chemicznego.
2. Zakres usuwania zabrudzeń i zakres zastosowania podłoża jest bardzo szeroki, oraz
3. Poprzez regulację parametrów procesu laserowego nie można uszkodzić powierzchni podłoża w oparciu o skuteczne usuwanie zanieczyszczeń, powierzchnia jest jak nowa.
4. Czyszczenie laserowe można łatwo zautomatyzować.
5. Sprzęt do dekontaminacji laserowej może być używany przez długi czas, przy niskich kosztach eksploatacji.
6. Technologia czyszczenia laserowego jest: ekologiczna: proces czyszczenia, eliminacja odpadów to stały proszek, mały rozmiar, łatwy do przechowywania, w zasadzie nie zanieczyszcza środowiska.
W latach 80. szybki rozwój przemysłu półprzewodników na powierzchni cząstek zanieczyszczeń maski waflowej krzemu w technologii czyszczenia postawił wyższe wymagania, kluczową kwestią jest przezwyciężenie zanieczyszczenia mikrocząstek i podłoża pomiędzy dużą siłą adsorpcji tradycyjne metody czyszczenia chemicznego, czyszczenia mechanicznego i czyszczenia ultradźwiękowego nie są w stanie zaspokoić zapotrzebowania, a czyszczenie laserowe może rozwiązać takie problemy związane z zanieczyszczeniami, szybko opracowano powiązane badania i zastosowania.
W 1987 roku po raz pierwszy pojawiło się zgłoszenie patentowe dotyczące czyszczenia laserowego. W latach 90. firma Zapka z powodzeniem zastosowała technologię czyszczenia laserowego w procesie produkcji półprzewodników w celu usunięcia mikrocząstek z powierzchni maski, co umożliwiło wczesne zastosowanie technologii czyszczenia laserowego w przemyśle. W 1995 r. badacze wykorzystali laser TEA-CO2 o mocy 2 kW, aby skutecznie oczyścić kadłub samolotu i usunąć farbę.
Po wejściu w XXI wiek, wraz z szybkim rozwojem laserów o ultrakrótkich impulsach, badania krajowe i zagraniczne oraz zastosowanie technologii czyszczenia laserowego stopniowo wzmagały się, koncentrując się na powierzchni materiałów metalowych, typowymi zastosowaniami zagranicznymi są usuwanie farby z kadłuba samolotu, usuwanie pleśni odtłuszczanie powierzchni, usuwanie nagaru z wnętrza silnika i czyszczenie powierzchni połączeń przed spawaniem. Czyszczenie laserowe US Edison Welding Institute samolotu bojowego FG16, przy mocy lasera 1 kW, objętości czyszczenia 2,36 cm3 na minutę.
Warto wspomnieć, że badania i zastosowanie laserowego usuwania farby z zaawansowanych części kompozytowych są również głównym gorącym punktem. Łopaty śmigieł śmigłowców HG53, HG56 marynarki wojennej USA oraz płaski ogon myśliwca F16 i inne powierzchnie kompozytowe zostały wykorzystane do laserowego usuwania farby, podczas gdy chińskie materiały kompozytowe w zastosowaniach lotniczych późno, więc takie badania są w zasadzie puste.
Ponadto, obecnie przedmiotem badań jest zastosowanie technologii czyszczenia laserowego do obróbki powierzchni kompozytu CFRP przed klejeniem w celu poprawy wytrzymałości złącza. dostosować firmę laserową do linii produkcyjnej samochodów Audi TT w celu dostarczenia sprzętu do czyszczenia laserem światłowodowym do czyszczenia powierzchni lekkiej folii tlenkowej ramy drzwi ze stopu aluminium. Firma Rolls G Royce UK zastosowała czyszczenie laserowe do oczyszczenia warstwy tlenku na powierzchni tytanowych elementów silników lotniczych.
Technologia czyszczenia laserowego rozwinęła się szybko w ciągu ostatnich dwóch lat, niezależnie od tego, czy chodzi o parametry procesu czyszczenia laserowego i mechanizm czyszczenia, badania obiektu czyszczącego, czy też zastosowanie badań, poczyniono ogromne postępy. Technologia czyszczenia laserowego, po wielu badaniach teoretycznych, główny nacisk w jej badaniach jest stale ukierunkowany na zastosowanie badań i zastosowanie obiecujących wyników. W przyszłości technologia czyszczenia laserowego w ochronie zabytków kultury i dzieł sztuki będzie miała coraz szersze zastosowanie, a jej rynek będzie bardzo szeroki. Wraz z rozwojem nauki i technologii zastosowanie technologii czyszczenia laserowego w przemyśle staje się rzeczywistością, a zakres jej zastosowań staje się coraz szerszy.
Firma Maven zajmująca się automatyzacją laserów od 14 lat koncentruje się na branży laserowej, specjalizujemy się w znakowaniu laserowym, posiadamy laserową maszynę do czyszczenia szafek maszynowych, laserową maszynę do czyszczenia skrzynek na wózki, laserową maszynę do czyszczenia plecaków i laserową maszynę czyszczącą trzy w jednym, ponadto mamy również spawarka laserowa, maszyna do cięcia laserowego i maszyna do grawerowania laserowego, jeśli jesteś zainteresowany naszą maszyną, możesz nas śledzić i skontaktuj się z nami.
Czas publikacji: 14 listopada 2022 r
