Posljednjih godina, lasersko čišćenje postalo je jedna od istraživačkih žarišta u oblasti industrijske proizvodnje, a istraživanja obuhvataju proces, teoriju, opremu i primjenu. U industrijskim primjenama, tehnologija laserskog čišćenja uspjela je pouzdano očistiti veliki broj različitih površina supstrata, čisteći predmete uključujući čelik, aluminij, titan, staklo i kompozitne materijale itd., a primjenjuje se u vazduhoplovstvu, avijaciji, brodarstvu, brzim željeznicama, automobilskoj industriji, industriji kalupa, nuklearnoj energetici, pomorstvu i drugim oblastima.
Tehnologija laserskog čišćenja, koja datira iz 1960-ih, ima prednosti dobrog efekta čišćenja, širokog spektra primjene, visoke preciznosti, beskontaktnosti i pristupačnosti. U industrijskoj proizvodnji, proizvodnji i održavanju i drugim oblastima ima širok spektar mogućnosti primjene, a očekuje se da će djelimično ili potpuno zamijeniti tradicionalne metode čišćenja i postati najperspektivnija zelena tehnologija čišćenja u 21. vijeku.
Metoda laserskog čišćenja
Proces laserskog čišćenja je vrlo složen i uključuje različite mehanizme uklanjanja materijala. Kod laserskog čišćenja istovremeno mogu postojati različiti mehanizmi, što se uglavnom pripisuje interakciji između lasera i materijala, uključujući ablaciju površine materijala, razgradnju, jonizaciju, degradaciju, topljenje, sagorijevanje, isparavanje, vibracije, raspršivanje, širenje, skupljanje, eksploziju, ljuštenje, odvajanje i druge fizičke i hemijske promjene.
Trenutno su tipične metode laserskog čišćenja uglavnom tri: lasersko ablacijsko čišćenje, lasersko čišćenje uz pomoć tekućeg filma i lasersko čišćenje udarnim valom.
Metoda čišćenja laserskom ablacijom
Glavni metodološki mehanizmi su termička ekspanzija, isparavanje, ablacija i fazna eksplozija. Laser djeluje direktno na materijal koji se uklanja sa površine podloge, a ambijentalni uslovi mogu biti zrak, razrijeđeni plin ili vakuum. Radni uslovi su jednostavni i najčešće se koriste za uklanjanje raznih premaza, boja, čestica ili prljavštine. Dijagram ispod prikazuje procesni dijagram za metodu čišćenja laserskom ablacijom.
Kada lasersko zračenje djeluje na površinu materijala, podloga i materijal za čišćenje prvo se termički šire. S povećanjem vremena interakcije lasera s materijalom za čišćenje, ako je temperatura niža od praga kavitacije materijala za čišćenje, materijal za čišćenje se samo fizički mijenja. Razlika između koeficijenta termičkog širenja materijala za čišćenje i podloge dovodi do pritiska na graničnoj površini, izvijanja materijala za čišćenje, kidanja s površine podloge, pucanja, mehaničkog loma, vibracijskog drobljenja itd., a materijal za čišćenje se uklanja mlazom ili skida s površine podloge.
Ako je temperatura viša od praga gasifikacije materijala za čišćenje, doći će do dvije situacije: 1) prag ablacije materijala za čišćenje je manji od supstrata; 2) prag ablacije materijala za čišćenje je veći od supstrata.
Ova dva slučaja čišćenja materijala su topljenje, kavitacija i ablacija, kao i druge fizičko-hemijske promjene. Mehanizam čišćenja je složeniji i, pored termičkih efekata, može uključivati i prekid molekularnih veza između materijala za čišćenje i supstrata, razgradnju ili degradaciju materijala za čišćenje, faznu eksploziju, gasifikaciju, trenutnu jonizaciju i stvaranje plazme.
(1)Lasersko čišćenje uz pomoć tekućeg filma
Mehanizam metode uglavnom ima isparavanje ključanjem tečnog filma i vibracije itd. Upotreba potrebe za odabirom odgovarajuće laserske talasne dužine, na način da se nadoknadi nedostatak udarnog pritiska u procesu čišćenja laserskom ablacijom, može se koristiti za uklanjanje nekih od teže uklonjivih predmeta za čišćenje.
Kao što je prikazano na slici ispod, tečni film (voda, etanol ili druge tečnosti) prethodno je prekriven površinom predmeta čišćenja, a zatim se koristi laser za njegovo ozračivanje. Tečni film apsorbuje lasersku energiju što rezultira snažnom eksplozijom tečnog medija, eksplozijom ključale tečnosti koja se kreće velikom brzinom, prenosom energije na površinu materijala za čišćenje, visoka prolazna eksplozivna sila je dovoljna za uklanjanje površinske prljavštine radi postizanja ciljeva čišćenja.
Metoda laserskog čišćenja pomoću tekućeg filma ima dva nedostatka.
Komplikovan proces i teško ga je kontrolisati.
Zbog upotrebe tečnog filma, hemijski sastav površine supstrata nakon čišćenja se lako mijenja i stvaraju se nove supstance.
(1)Metoda čišćenja laserskim udarnim talasom
Pristup procesu i mehanizam se veoma razlikuju od prva dva, mehanizam je uglavnom uklanjanje silom udarnog talasa, objekti čišćenja su uglavnom čestice, uglavnom za uklanjanje čestica (submikronske ili nanoskale). Zahtjevi procesa su vrlo strogi, kako bi se osigurala sposobnost jonizacije zraka, tako i da se održi odgovarajuća udaljenost između lasera i podloge kako bi se osiguralo da je djelovanje udarne sile na čestice dovoljno veliko.
Šematski dijagram procesa čišćenja laserskim udarnim talasom prikazan je ispod, laser je paralelan sa smjerom udara na površinu supstrata, a supstrat ne dolazi u kontakt. Pomicanjem radnog komada ili laserske glave podesite fokus lasera na česticu blizu laserskog izlaza, što će dovesti do fenomena jonizacije zraka, što će rezultirati udarnim talasima, brzim širenjem sfernog širenja udarnih talasa i produženjem do kontakta sa česticama. Kada je moment poprečne komponente udarnog talasa na čestici veći od momenta uzdužne komponente i sile prianjanja čestica, čestica će se ukloniti kotrljanjem.
Tehnologija laserskog čišćenja
Mehanizam laserskog čišćenja uglavnom se zasniva na tome da površina objekta nakon apsorpcije laserske energije, ili isparavanja i isparavanja, ili trenutnog termičkog širenja, prevazilazi adsorpciju čestica na površini, tako da se objekat odvaja od površine i time postiže cilj čišćenja.
Grubo sažeto kao: 1. razgradnja laserskom parom, 2. lasersko skidanje, 3. termičko širenje čestica prljavštine, 4. vibracije površine podloge i vibracije čestica - četiri aspekta
U poređenju sa tradicionalnim postupkom čišćenja, tehnologija laserskog čišćenja ima sljedeće karakteristike.
1. To je "suho" čišćenje, bez sredstva za čišćenje ili drugih hemijskih rastvora, a čistoća je mnogo veća nego kod hemijskog čišćenja.
2. Opseg uklanjanja prljavštine i primjenjivi raspon podloga je vrlo širok, i
3. Regulacijom parametara laserskog procesa, površina podloge se ne može oštetiti, a na osnovu efikasnog uklanjanja nečistoća, površina je kao nova.
4. Lasersko čišćenje se može lako automatizirati.
5. Oprema za lasersku dekontaminaciju može se koristiti dugo vremena, uz niske operativne troškove.
6. Tehnologija laserskog čišćenja je: zelena: proces čišćenja, uklanjanje otpada je čvrsti prah, male veličine, jednostavan za skladištenje, u osnovi neće zagađivati okolinu.
Tokom 1980-ih, brzi razvoj poluprovodničke industrije postavio je veće zahtjeve za tehnologiju čišćenja i maskiranja površine silicijumskih pločica česticama kontaminacije. Ključna stvar je prevazilaženje kontaminacije mikročesticama i supstrata između velike adsorpcijske sile. Tradicionalno hemijsko čišćenje, mehaničko čišćenje i ultrazvučno čišćenje nisu u stanju da zadovolje potražnju, a lasersko čišćenje može riješiti takve probleme zagađenja. Srodna istraživanja i primjene su se brzo razvile.
Godine 1987. pojavila se prva patentna prijava za lasersko čišćenje. Devedesetih godina prošlog stoljeća, Zapka je uspješno primijenila tehnologiju laserskog čišćenja u procesu proizvodnje poluvodiča kako bi uklonila mikročestice s površine maske, ostvarivši ranu primjenu tehnologije laserskog čišćenja u industrijskoj oblasti. 1995. godine, istraživači su koristili 2 kW TEA-CO2 laser kako bi uspješno postigli čišćenje i uklanjanje boje s trupa aviona.
Nakon ulaska u 21. vijek, s brzim razvojem lasera ultrakratkih impulsa, domaća i strana istraživanja i primjena tehnologije laserskog čišćenja postepeno su se povećavali, fokusirajući se na površinu metalnih materijala. Tipične strane primjene su uklanjanje boje s trupa aviona, odmašćivanje površine kalupa, uklanjanje ugljika iz unutrašnjosti motora i čišćenje površine spojeva prije zavarivanja. Američki Edisonov institut za zavarivanje koristi lasersko čišćenje ratnog aviona FG16, pri snazi lasera od 1 kW, a volumen čišćenja je 2,36 cm3 u minuti.
Vrijedi spomenuti da je istraživanje i primjena laserskog uklanjanja boje s naprednih kompozitnih dijelova također velika tema. Američka mornarica već je primijenila lasersko uklanjanje boje na lopaticama propelera helikoptera HG53 i HG56, kao i na ravnim repovima borbenih aviona F16 i drugim kompozitnim površinama, dok je kineska primjena kompozitnih materijala u avionima zakasnila, tako da su takva istraživanja u osnovi zakazala.
Pored toga, upotreba tehnologije laserskog čišćenja za obradu površine spoja CFRP kompozita prije lijepljenja radi poboljšanja čvrstoće spoja također je jedan od trenutnih fokusa istraživanja. Kompanija je prilagodila laser proizvodnoj liniji automobila Audi TT kako bi obezbijedila opremu za čišćenje vlaknastim laserom za čišćenje površine oksidnog filma okvira vrata od lagane aluminijske legure. Rolls G Royce UK koristio je lasersko čišćenje za čišćenje oksidnog filma na površini titanijumskih komponenti avionskih motora.
Tehnologija laserskog čišćenja se brzo razvila u protekle dvije godine, bilo da se radi o parametrima procesa laserskog čišćenja i mehanizmu čišćenja, istraživanju objekata čišćenja ili primjeni istraživanja, postignut je veliki napredak. Tehnologija laserskog čišćenja, nakon mnogo teorijskih istraživanja, fokus njenog istraživanja je stalno pristrasan ka primjeni istraživanja i primjeni obećavajućih rezultata. U budućnosti će se tehnologija laserskog čišćenja u zaštiti kulturnih relikvija i umjetničkih djela sve više koristiti, a njeno tržište je vrlo široko. Razvojem nauke i tehnologije, primjena tehnologije laserskog čišćenja u industriji postaje stvarnost, a opseg primjene postaje sve širi.
Kompanija za lasersku automatizaciju Maven se fokusira na lasersku industriju već 14 godina. Specijalizirani smo za lasersko označavanje. Imamo mašinu za lasersko čišćenje ormara mašina, mašinu za lasersko čišćenje kutija za kolica, mašinu za lasersko čišćenje ruksaka i tri u jednom lasersku mašinu za čišćenje. Pored toga, imamo i mašinu za lasersko zavarivanje, mašinu za lasersko rezanje i mašinu za lasersko označavanje i graviranje. Ako ste zainteresovani za našu mašinu, možete nas pratiti i slobodno nas kontaktirati.
Vrijeme objave: 14. novembar 2022.
