În ultimii ani, curățarea cu laser a devenit unul dintre punctele de cercetare importante în domeniul producției industriale, cercetarea acoperă procesele, teoria, echipamentele și aplicațiile. În aplicațiile industriale, tehnologia de curățare cu laser a reușit să curețe în mod fiabil un număr mare de suprafețe diferite de substrat, curățând obiecte precum oțel, aluminiu, titan, sticlă și materiale compozite etc., cu aplicații în industriile aerospațială, aviatică, navală, feroviară de mare viteză, auto, mucegai, energie nucleară, maritimă și altele.
Tehnologia de curățare cu laser, datând din anii 1960, are avantajele unui efect de curățare bun, o gamă largă de aplicații, precizie ridicată, fără contact și accesibilitate. În industria prelucrătoare, producție și întreținere, precum și în alte domenii, există o gamă largă de perspective de aplicare, se așteaptă să înlocuiască parțial sau complet metodele tradiționale de curățare și să devină cea mai promițătoare tehnologie de curățare ecologică a secolului XXI.
Metoda de curățare cu laser
Procesul de curățare cu laser este foarte complex, implicând o varietate de mecanisme de îndepărtare a materialului. Într-o metodă de curățare cu laser, procesul de curățare poate implica o varietate de mecanisme, care sunt atribuibile în principal interacțiunii dintre laser și material, inclusiv ablația suprafeței materialului, descompunerea, ionizarea, degradarea, topirea, arderea, vaporizarea, vibrația, pulverizarea catodică, expansiunea, contracția, explozia, exfolierea, desprinderea și alte modificări fizice și chimice ale procesului.
În prezent, metodele tipice de curățare cu laser sunt în principal trei: curățarea prin ablație cu laser, curățarea cu laser asistată de film lichid și metodele de curățare cu unde de șoc laser.
Metoda de curățare prin ablație laser
Principalele mecanisme metodologice sunt expansiunea termică, vaporizarea, ablația și explozia de fază. Laserul acționează direct asupra materialului care trebuie îndepărtat de pe suprafața substratului, iar condițiile ambientale pot fi aer, gaz rarefiat sau vid. Condițiile de operare sunt simple și cele mai utilizate pentru a îndepărta o varietate de acoperiri, vopsele, particule sau murdărie. Diagrama de mai jos prezintă diagrama procesului pentru metoda de curățare prin ablație laser.
Când suprafața materialului este iradiată cu laser, substratul și materialele de curățare suferă prima dilatare termică. Odată cu creșterea timpului de interacțiune a laserului cu materialul de curățare, dacă temperatura este mai mică decât pragul de cavitație al materialului de curățare, materialul de curățare se modifică doar fizic. Diferența dintre coeficientul de dilatare termică al materialului de curățare și cel al substratului duce la presiune la interfață, flambajul materialului de curățare, ruperea acestuia de pe suprafața substratului, fisurarea, fracturarea mecanică, strivirea prin vibrații etc. Materialul de curățare este îndepărtat cu jet de apă sau decapat de pe suprafața substratului.
Dacă temperatura este mai mare decât temperatura prag de gazificare a materialului de curățare, vor exista două situații: 1) pragul de ablație al materialului de curățare este mai mic decât cel al substratului; 2) pragul de ablație al materialului de curățare este mai mare decât cel al substratului.
Aceste două cazuri de materiale de curățare sunt topirea, cavitația și ablația, precum și alte modificări fizico-chimice. Mecanismul de curățare este mai complex, pe lângă efectele termice, dar poate include și ruperea legăturilor moleculare între materialele de curățare și substraturi, descompunerea sau degradarea materialelor de curățare, explozia de fază, gazificarea materialelor de curățare, ionizarea instantanee, generarea de plasmă.
(1)Curățare cu laser asistată de peliculă lichidă
Mecanismul metodei constă în principal în vaporizarea și vibrațiile prin fierbere a peliculei lichide etc. Utilizarea necesității de a alege lungimea de undă laser adecvată, într-un mod care să compenseze lipsa presiunii de impact în procesul de curățare prin ablație laser, poate fi utilizată pentru a îndepărta unele dintre obiectele mai dificil de îndepărtat de curățat.
După cum se arată în figura de mai jos, pelicula lichidă (apă, etanol sau alte lichide) este pre-acoperită pe suprafața obiectului de curățat, apoi se folosește laserul pentru a o iradia. Pelicula lichidă absoarbe energia laserului, rezultând o explozie puternică a mediului lichid, explozia lichidului clocotit la viteză mare, transferul de energie către materialele de curățare de suprafață, o forță explozivă tranzitorie mare fiind suficientă pentru a îndepărta murdăria de la suprafață în scopul curățării.
Metoda de curățare cu laser asistată de peliculă lichidă are două dezavantaje.
Proces greoi și dificil de controlat.
Datorită utilizării peliculei lichide, compoziția chimică a suprafeței substratului după curățare este ușor de modificat și de generat substanțe noi.
(1)Metodă de curățare de tip undă de șoc cu laser
Abordarea și mecanismul procesului sunt foarte diferite de primele două, mecanismul fiind în principal îndepărtarea forței undelor de șoc, curățarea obiectelor fiind în principal cu particule, în principal pentru îndepărtarea particulelor (submicronice sau nanometrice). Cerințele procesului sunt foarte stricte, atât pentru a asigura capacitatea de ionizare a aerului, cât și pentru a menține o distanță adecvată între laser și substrat pentru a se asigura că acțiunea forței de impact asupra particulelor este suficient de mare.
Schema procesului de curățare cu unde de șoc laser este prezentată mai jos, laserul fiind paralel cu direcția de acțiune a suprafeței substratului, fără ca substratul să intre în contact. Mișcați piesa de prelucrat sau capul laser pentru a regla focalizarea laserului către particula din apropierea ieșirii laserului; va apărea fenomenul de ionizare a aerului în punctul focal, rezultând unde de șoc, undele de șoc cu expansiune sferică rapidă și extinse până la contactul cu particulele. Când momentul componentei transversale a undei de șoc pe particulă este mai mare decât momentul componentei longitudinale și forța de aderență a particulelor, particula va fi îndepărtată prin rostogolire.
Tehnologie de curățare cu laser
Mecanismul de curățare cu laser se bazează în principal pe absorbția energiei laser a suprafeței obiectului, vaporizarea și volatilizarea acestuia sau expansiunea termică instantanee pentru a depăși adsorbția particulelor de pe suprafață, astfel încât obiectul să se desprindă de suprafață și apoi să atingă scopul curățării.
Rezumat aproximativ ca: 1. descompunerea prin vapori laser, 2. decaparea cu laser, 3. expansiunea termică a particulelor de murdărie, 4. vibrațiile suprafeței substratului și vibrațiile particulelor - patru aspecte
Comparativ cu procesul tradițional de curățare, tehnologia de curățare cu laser are următoarele caracteristici.
1. Este o curățare „chimică”, fără soluție de curățare sau alte soluții chimice, iar curățenia este mult superioară procesului de curățare chimică.
2. Domeniul de aplicare al îndepărtării murdăriei și gama de substraturi aplicabile este foarte largă și
3. Prin reglarea parametrilor procesului laser, suprafața substratului nu este deteriorată, pe baza îndepărtării eficiente a contaminanților, iar suprafața rămâne ca nouă.
4. Curățarea cu laser poate fi ușor automatizată.
5. Echipamentul de decontaminare cu laser poate fi utilizat pentru o perioadă lungă de timp, cu costuri de operare reduse.
6. Tehnologia de curățare cu laser este: ecologică: procesul de curățare, eliminarea deșeurilor este o pulbere solidă, de dimensiuni mici, ușor de depozitat, practic nu poluează mediul.
În anii 1980, dezvoltarea rapidă a industriei semiconductorilor a impus cerințe mai mari pentru tehnologia de curățare a particulelor contaminate de pe suprafața măștilor de napolitane de siliciu. Punctul cheie a fost depășirea contaminării microparticulelor și a substratului între forța mare de adsorbție. Metodele tradiționale de curățare chimică, curățare mecanică și curățare cu ultrasunete nu pot satisface cererea, iar curățarea cu laser poate rezolva astfel de probleme de poluare. Cercetările și aplicațiile aferente au fost dezvoltate rapid.
În 1987, a apărut prima cerere de brevet privind curățarea cu laser. În anii 1990, Zapka a aplicat cu succes tehnologia de curățare cu laser în procesul de fabricație a semiconductorilor pentru a îndepărta microparticulele de pe suprafața măștii, realizând o aplicare timpurie a tehnologiei de curățare cu laser în domeniul industrial. În 1995, cercetătorii au folosit un laser TEA-CO2 de 2 kW pentru a realiza cu succes curățarea și îndepărtarea vopselei de pe fuselajul aeronavelor.
După intrarea în secolul XXI, odată cu dezvoltarea rapidă a laserelor cu impulsuri ultra-scurte, cercetarea și aplicarea tehnologiei de curățare cu laser, atât interne, cât și externe, au crescut treptat, concentrându-se pe suprafața materialelor metalice. Aplicațiile străine tipice sunt îndepărtarea vopselei de pe fuselajul aeronavelor, degresarea suprafeței matrițelor, îndepărtarea carbonului intern al motorului și curățarea suprafeței îmbinărilor înainte de sudare. Institutul de Sudură Edison din SUA a curățat cu laser avionul de război FG16, cu o putere laser de 1 kW, volumul de curățare de 2,36 cm3 pe minut.
Este de menționat că cercetarea și aplicarea îndepărtării cu laser a vopselei de pe piesele compozite avansate reprezintă, de asemenea, un punct important de interes. Palele elicelor elicopterelor HG53 și HG56 ale Marinei SUA, coada plată a avionului de vânătoare F16 și alte suprafețe compozite au fost implementate ca aplicații de îndepărtare cu laser a vopselei, în timp ce materialele compozite din China sunt utilizate târziu în aplicațiile pentru aeronave, astfel încât astfel de cercetări sunt practic neterminate.
În plus, utilizarea tehnologiei de curățare cu laser pentru tratarea suprafeței compozitelor CFRP a îmbinării înainte de lipire, pentru a îmbunătăți rezistența acesteia, este, de asemenea, unul dintre obiectivele actuale de cercetare. Compania a adaptat tehnologia laser la linia de producție a mașinilor Audi TT pentru a furniza echipamente de curățare cu laser cu fibră pentru a curăța suprafața peliculei de oxid de pe tocul ușii din aliaj ușor de aluminiu. Rolls G Royce UK a utilizat curățarea cu laser pentru a curăța pelicula de oxid de pe suprafața componentelor motoarelor de aviație din titan.
Tehnologia de curățare cu laser s-a dezvoltat rapid în ultimii doi ani, indiferent dacă este vorba de parametrii procesului de curățare cu laser și mecanismul de curățare, cercetarea obiectelor de curățare sau aplicarea cercetării, aceasta a înregistrat progrese semnificative. După numeroase cercetări teoretice, tehnologia de curățare cu laser s-a concentrat constant pe aplicarea acesteia și pe obținerea unor rezultate promițătoare. În viitor, tehnologia de curățare cu laser va fi utilizată pe scară largă în protejarea relicvelor culturale și a operelor de artă, iar piața sa va fi foarte largă. Odată cu dezvoltarea științei și tehnologiei, aplicarea tehnologiei de curățare cu laser în industrie devine o realitate, iar domeniul de aplicare devine din ce în ce mai extins.
Compania de automatizare laser Maven se concentrează pe industria laser de 14 ani, ne specializăm în marcarea cu laser, avem mașini de curățat cu laser pentru dulapuri, mașini de curățat cu laser pentru troleibuze, mașini de curățat cu laser pentru rucsacuri și mașini de curățat cu laser trei într-unul, în plus, avem și mașini de sudură cu laser, mașini de tăiat cu laser și mașini de gravat marcat cu laser. Dacă sunteți interesați de mașina noastră, ne puteți urmări și nu ezitați să ne contactați.
Data publicării: 14 noiembrie 2022
