В останні роки лазерне очищення стало однією з гарячих точок досліджень у галузі промислового виробництва, дослідження охоплюють процес, теорію, обладнання та застосування. У промисловому застосуванні технологія лазерного очищення здатна надійно очистити велику кількість різних поверхонь підкладки, об’єктів очищення, включаючи сталь, алюміній, титан, скло та композитні матеріали тощо, галузей застосування, що охоплюють аерокосмічну, авіаційну, морську, високошвидкісну промисловість. залізнична, автомобільна, цвіль, атомна енергетика, морська та інші галузі.
Лазерна технологія очищення, яка сягає 1960-х років, має такі переваги, як хороший ефект очищення, широкий спектр застосування, висока точність, безконтактність і доступність. У промисловому виробництві, виробництві та технічному обслуговуванні та в інших сферах мають широкий спектр перспектив застосування, очікується, що вони частково або повністю замінять традиційні методи очищення та стануть найперспективнішою екологічною технологією очищення в 21 столітті.
Лазерний спосіб очищення
Процес лазерного очищення є дуже складним і включає в себе різноманітні механізми видалення матеріалу. Для методу лазерного очищення процес очищення може існувати одночасно з різними механізмами, які в основному пов’язані з взаємодією між лазером і матеріалом, у тому числі абляція поверхні матеріалу, розкладання, іонізація, деградація, плавлення, горіння, випаровування, вібрація, розпилення, розширення, усадка, вибух, лущення, осипання та інші фізичні та хімічні зміни. процес.
В даний час типові методи лазерного очищення в основному три: лазерна абляція, лазерне очищення за допомогою рідкої плівки та лазерне очищення ударною хвилею.
Метод лазерної абляції
Основними методичними механізмами є теплове розширення, випаровування, абляція та фазовий вибух. Лазер діє безпосередньо на матеріал, який потрібно видалити з поверхні підкладки, а умовами навколишнього середовища можуть бути повітря, розріджений газ або вакуум. Умови роботи прості та найбільш широко використовуються для видалення різноманітних покриттів, фарб, часток або бруду. На діаграмі нижче показано технологічну схему для методу лазерної абляції.
При лазерному опроміненні на поверхні матеріалу, підкладки та очисних матеріалів відбувається перше теплове розширення. Зі збільшенням часу взаємодії лазера з очищувальним матеріалом, якщо температура нижча за поріг кавітації очищувального матеріалу, очищувальний матеріал лише фізично змінює процес, різниця між очищувальним матеріалом і коефіцієнтом теплового розширення підкладки призводить до тиску на межі розділу , деформація очищувального матеріалу, відривання від поверхні підкладки, розтріскування, механічні руйнування, вібраційне розчавлення тощо, очищувальний матеріал видаляється струменем або знімається з поверхні підкладки.
Якщо температура вища за порогову температуру газифікації очисного матеріалу, виникнуть дві ситуації: 1) поріг абляції очисного матеріалу менший, ніж субстрат; 2) поріг абляції миючого матеріалу більший, ніж субстрату.
Ці два випадки очисних матеріалів - плавлення, кавітація та абляція та інші фізико-хімічні зміни, механізм очищення є більш складним, крім термічних ефектів, але також може включати очисні матеріали та підкладки між розривом молекулярного зв'язку, розкладанням чи деградацією очисних матеріалів, фазою вибух, очищення матеріалів, газифікація, миттєва іонізація, генерація плазми.
(1)Лазерне очищення за допомогою рідкої плівки
Механізм методу в основному включає кипіння рідкої плівки, випаровування та вібрацію тощо. Використання необхідності вибору відповідної довжини хвилі лазера, таким чином, щоб компенсувати відсутність ударного тиску в процесі очищення лазерної абляції, може бути використано для видалення деякі з більш складних для очищення об'єктів.
Як показано на малюнку нижче, рідку плівку (воду, етанол або інші рідини) попередньо покривають поверхню об’єкта очищення, а потім використовують лазер для її опромінення. Рідка плівка поглинає енергію лазера, що призводить до сильного вибуху рідкого середовища, вибуху киплячої рідини, високошвидкісного руху, передачі енергії до поверхневих матеріалів для очищення, високої перехідної вибухової сили достатньо для видалення поверхневого бруду для досягнення цілей очищення.
Метод лазерного очищення за допомогою рідкої плівки має два недоліки.
Громіздкий процес і його важко контролювати.
Завдяки використанню рідкої плівки хімічний склад поверхні підкладки після очищення легко змінити та створити нові речовини.
(1)Лазерний метод очищення ударно-хвильового типу
Підхід і механізм процесу дуже відрізняються від перших двох, механізм - це в основному видалення сили ударної хвилі, об'єкти очищення - це в основному частинки, головним чином для видалення частинок (субмікронних або нанорозмірних). Вимоги до процесу є дуже суворими, як для забезпечення здатності іонізувати повітря, так і для підтримки відповідної відстані між лазером і підкладкою, щоб переконатися, що сила удару на частинки є достатньо великою.
Схема процесу очищення лазерної ударної хвилі показана нижче, лазер спрямований паралельно напрямку поверхні підкладки, і підкладка не вступає в контакт. Перемістіть заготовку або лазерну головку, щоб налаштувати фокус лазера на частинку поблизу виходу лазера, виникне фокус явища іонізації повітря, що призведе до ударних хвиль, ударних хвиль до швидкого розширення сферичного розширення та розширення до контакту з частинками. Коли момент поперечної складової ударної хвилі на частинку буде більшим за момент поздовжньої складової і силу зчеплення частинки, частинка буде видалятися шляхом кочення.
Технологія лазерного очищення
Механізм лазерного очищення в основному базується на поверхні об'єкта після поглинання лазерної енергії, або випаровування та випаровування, або миттєвого теплового розширення, щоб подолати адсорбцію частинок на поверхні, так що об'єкт з поверхні, а потім досягти мета очищення.
Приблизно підсумовується як: 1. лазерне розкладання парів, 2. лазерне видалення, 3. теплове розширення частинок бруду, 4. вібрація поверхні підкладки та вібрація частинок чотири аспекти
У порівнянні з традиційним процесом очищення лазерна технологія очищення має наступні характеристики.
1. Це «сухе» прибирання, без розчину для чищення чи інших хімічних розчинів, і чистота набагато вища, ніж процес хімічного очищення.
2. Сфера видалення бруду та діапазон застосовуваних субстратів дуже широкий
3. Завдяки регулюванню параметрів лазерного процесу не можна пошкодити поверхню підкладки на основі ефективного видалення забруднень, поверхня така ж хороша, як нова.
4. Лазерне очищення можна легко автоматизувати.
5. Обладнання для лазерної дезактивації можна використовувати протягом тривалого часу, низькі експлуатаційні витрати.
6. Лазерна технологія очищення - це: зелений: процес очищення, усунення відходів - це твердий порошок, малий розмір, простий у зберіганні, в основному не забруднює навколишнє середовище.
У 1980-х роках швидкий розвиток напівпровідникової промисловості на поверхні частинок забруднення маски кремнієвої пластини технології очищення висунув більш високі вимоги, ключовим моментом є подолання забруднення мікрочастинок і підкладки між великою силою адсорбції , традиційне хімічне очищення, механічне очищення, ультразвукове очищення не можуть задовольнити попит, а лазерне очищення може вирішити такі проблеми забруднення, відповідні дослідження та застосування були швидко розроблені.
У 1987 році перша поява патентної заявки на лазерну чистку. У 1990-х компанія Zapka успішно застосувала технологію лазерного очищення в процесі виробництва напівпровідників для видалення мікрочастинок з поверхні маски, реалізувавши раннє застосування технології лазерного очищення в промисловій сфері. У 1995 році дослідники використали лазер TEA-CO2 потужністю 2 кВт, щоб успішно очистити фюзеляж літака від фарби.
Після входу в 21-е століття, з високошвидкісним розвитком ультракоротких імпульсних лазерів, вітчизняні та зарубіжні дослідження та застосування технології лазерного очищення поступово збільшувалися, зосереджуючись на поверхні металевих матеріалів, типовими іноземними застосуваннями є видалення фарби з фюзеляжу літака, цвіль знежирення поверхні, видалення внутрішнього нагару двигуна та очищення поверхні з'єднань перед зварюванням. Інститут зварювання Едісона США лазерне очищення бойового літака FG16, коли потужність лазера 1 кВт, об'єм очищення 2,36 см3 на хвилину.
Варто зазначити, що дослідження та застосування лазерного видалення фарби з передових композитних деталей також є головною гарячою точкою. Військово-морські сили США HG53, лопаті гвинтів гелікоптерів HG56 і плоске хвостове оперення винищувача F16 та інші композитні поверхні були реалізовані для лазерного видалення фарби, тоді як композитні матеріали Китаю в літаках застосовуються із запізненням, тому такі дослідження в основному залишаються пустими.
Крім того, використання технології лазерного очищення для композитної обробки поверхні з’єднання CFRP перед склеюванням для підвищення міцності з’єднання також є одним із напрямків поточних досліджень. адаптувати лазерну компанію до лінії виробництва автомобілів Audi TT, щоб забезпечити обладнання для очищення волоконним лазером для очищення поверхні оксидної плівки дверної рами з легкого алюмінієвого сплаву. Компанія Rolls G Royce UK використовувала лазерне очищення для очищення оксидної плівки на поверхні титанових компонентів авіаційних двигунів.
Технологія лазерного очищення швидко розвивалася за останні два роки, будь то параметри процесу лазерного очищення та механізм очищення, дослідження об’єкта очищення чи застосування досліджень досягли значного прогресу. Технологія лазерного очищення після багатьох теоретичних досліджень, фокус її досліджень постійно зміщений у бік застосування досліджень і застосування багатообіцяючих результатів. У майбутньому технологія лазерного очищення в захисті культурних реліквій і творів мистецтва буде використовуватися ширше, і її ринок дуже широкий. З розвитком науки і техніки застосування технології лазерного очищення в промисловості стає реальністю, а сфера застосування стає все більш широкою.
Компанія Maven laser automation зосереджена на лазерній промисловості протягом 14 років, ми спеціалізуємося на лазерному маркуванні, у нас є машина для лазерного очищення шафи, машина для лазерного очищення чохлів, машина для лазерного очищення рюкзака та машина для лазерного очищення три в одному, крім того, у нас також є лазерний зварювальний апарат, лазерний різальний апарат та лазерний гравірувальний верстат, якщо ви зацікавлені в нашому апараті, ви можете слідкувати за нами та не соромтеся зв’язуватися з нами.
Час публікації: 14 листопада 2022 р
