През последните години лазерното почистване се превърна в една от горещите точки на изследванията в областта на промишленото производство, като изследванията обхващат процеса, теорията, оборудването и приложенията. В промишлените приложения, технологията за лазерно почистване е в състояние надеждно да почисти голям брой различни повърхности, почиствайки предмети, включително стомана, алуминий, титан, стъкло и композитни материали и др., като приложенията ѝ се използват в аерокосмическата, авиационната, корабоплаването, високоскоростните железопътни линии, автомобилостроенето, производството на формовъчна техника, ядрената енергетика, морското дело и други области.
Технологията за лазерно почистване, датираща от 60-те години на миналия век, има предимствата на добър почистващ ефект, широк спектър от приложения, висока прецизност, безконтактност и достъпност. В промишленото производство, производството и поддръжката и други области има широк спектър от перспективи за приложение и се очаква частично или напълно да замени традиционните методи на почистване и да се превърне в най-обещаващата екологична технология за почистване през 21-ви век.
Метод за лазерно почистване
Процесът на лазерно почистване е много сложен и включва различни механизми за отстраняване на материал. При лазерно почистване може да има едновременно множество механизми, които се дължат главно на взаимодействието между лазера и материала, включително аблация на повърхността на материала, разлагане, йонизация, деградация, топене, горене, изпаряване, вибрации, разпрашване, разширяване, свиване, експлозия, лющене, отделяне и други физични и химични промени.
В момента типичните методи за лазерно почистване са основно три: лазерно аблационно почистване, лазерно почистване с течен филм и лазерно ударно вълново почистване.
Метод за почистване с лазерна аблация
Основните методологични механизми са термично разширение, изпаряване, аблация и фазова експлозия. Лазерът действа директно върху материала, който трябва да бъде отстранен от повърхността на субстрата, а условията на околната среда могат да бъдат въздух, разреден газ или вакуум. Работните условия са прости и най-широко използвани за премахване на различни покрития, бои, частици или замърсявания. Диаграмата по-долу показва технологичната схема за метода на лазерно аблационно почистване.
Когато лазерното облъчване облъчи повърхността на материала, субстратът и почистващите материали претърпяват първо термично разширение. С увеличаване на времето на взаимодействие на лазера с почистващия материал, ако температурата е по-ниска от прага на кавитация на почистващия материал, почистващият материал се променя само физически. Разликата между коефициента на термично разширение на почистващия материал и субстрата води до налягане на границата на раздела, изкривяване на почистващия материал, откъсване от повърхността на субстрата, напукване, механично счупване, вибрационно смачкване и др. Почистващият материал се отстранява чрез струя или се отлепва от повърхността на субстрата.
Ако температурата е по-висока от прага на газификация на почистващия материал, ще има две ситуации: 1) прагът на аблация на почистващия материал е по-нисък от този на субстрата; 2) прагът на аблация на почистващия материал е по-висок от този на субстрата.
Тези два случая на почистващи материали са топене, кавитация и аблация, както и други физикохимични промени. Механизмът на почистване е по-сложен и освен термичните ефекти може да включва и разкъсване на молекулярните връзки между почистващите материали и субстратите, разлагане или деградация на почистващите материали, фазова експлозия, газификация, моментална йонизация и генериране на плазма.
(1)Лазерно почистване с помощта на течен филм
Механизмът на метода основно има изпаряване чрез кипене на течен филм и вибрации и др. Използването на необходимостта от избор на подходяща дължина на вълната на лазера, по начин, който компенсира липсата на ударно налягане в процеса на лазерно аблативно почистване, може да се използва за отстраняване на някои от по-трудните за отстраняване почистващи обекти.
Както е показано на фигурата по-долу, течният филм (вода, етанол или други течности) е предварително покрит върху повърхността на почиствания обект и след това се използва лазер за облъчване. Течният филм абсорбира лазерната енергия, което води до силна експлозия на течната среда, експлозия на кипяща течност с висока скорост, предаване на енергията към повърхността на почистващия материал. Високата преходна експлозивна сила е достатъчна за отстраняване на повърхностните замърсявания и постигане на целите на почистването.
Методът за лазерно почистване с течен филм има два недостатъка.
Тромав процес и труден за контролиране процес.
Благодарение на използването на течен филм, химичният състав на повърхността на субстрата след почистване лесно се променя и се генерират нови вещества.
(1)Метод за почистване тип лазерна ударна вълна
Подходът и механизмът на процеса са много различни от първите два. Механизмът е основно отстраняване чрез сила на ударна вълна. Почистващите обекти са предимно частици, главно за отстраняване на частици (субмикронни или наномащабни). Изискванията към процеса са много строги, както за да се гарантира способността за йонизиране на въздуха, така и за да се поддържа подходящо разстояние между лазера и субстрата, за да се гарантира, че действието на ударната сила върху частиците е достатъчно голямо.
Схематичната диаграма на процеса на почистване с лазерна ударна вълна е показана по-долу. Лазерът е успореден на посоката на изстрелване на повърхността на субстрата и не се докосва до него. Преместете детайла или лазерната глава, за да настроите фокуса на лазера върху частицата близо до лазерния изход. Ще възникне феномен на йонизация на въздуха, което ще доведе до ударни вълни, бързо разширяване на сферичното разширение на ударните вълни и контакт с частиците. Когато моментът на напречния компонент на ударната вълна върху частицата е по-голям от момента на надлъжния компонент и силата на сцепление на частиците, частицата ще бъде отстранена чрез търкаляне.
Технология за лазерно почистване
Механизмът на лазерно почистване се основава главно на абсорбцията на лазерна енергия от повърхността на обекта, или изпаряването и изпаряването, или моменталното термично разширение, за да се преодолее адсорбцията на частици върху повърхността, така че обектът да се отстрани от повърхността и след това да се постигне целта на почистване.
Грубо обобщено като: 1. лазерно разлагане на пари, 2. лазерно отстраняване, 3. термично разширение на замърсяващи частици, 4. вибрации на повърхността на субстрата и вибрации на частиците - четири аспекта
В сравнение с традиционния процес на почистване, лазерната технология за почистване има следните характеристики.
1. Това е „сухо“ почистване, без почистващ разтвор или други химически разтвори, а чистотата е много по-висока от процеса на химическо почистване.
2. Обхватът на отстраняване на замърсявания и приложимият диапазон на основите е много широк и
3. Чрез регулиране на параметрите на лазерния процес, не може да се повреди повърхността на субстрата, въз основа на ефективното отстраняване на замърсителите, повърхността е като нова.
4. Лазерното почистване може лесно да се автоматизира.
5. Оборудването за лазерно обеззаразяване може да се използва дълго време, с ниски експлоатационни разходи.
6. Технологията за лазерно почистване е: зелена: процес на почистване, елиминира отпадъците, представлява твърд прах, малък размер, лесен за съхранение, по принцип не замърсява околната среда.
През 80-те години на миналия век, бързото развитие на полупроводниковата индустрия постави по-високи изисквания към технологията за почистване на повърхността на силициевите пластини, за да се предотврати замърсяването на повърхността с частици от микрочастици. Ключовият момент е преодоляването на замърсяването на субстрата с микрочастици, причинено от голямата адсорбционна сила. Традиционното химическо почистване, механичното почистване и ултразвуковото почистване не са в състояние да отговорят на търсенето. Лазерното почистване може да реши тези проблеми със замърсяването. Свързаните с това изследвания и приложения бързо се развиха.
През 1987 г. се появява първата патентна заявка за лазерно почистване. През 90-те години на миналия век Zapka успешно прилага технология за лазерно почистване в процеса на производство на полупроводници, за да премахва микрочастици от повърхността на маската, реализирайки ранното приложение на технологията за лазерно почистване в индустриалната област. През 1995 г. изследователи използват 2 kW TEA-CO2 лазер, за да постигнат успешно почистване на фюзелажа на самолети от боя.
След навлизането в 21-ви век, с високоскоростното развитие на лазерите с ултракъси импулси, вътрешните и чуждестранните изследвания и приложения на технологията за лазерно почистване постепенно се увеличиха, фокусирайки се върху повърхността на металните материали. Типични чуждестранни приложения са отстраняването на боя от фюзелажа на самолети, обезмасляването на повърхността на матриците, отстраняването на въглерод от вътрешния въглерод на двигателя и почистването на повърхността на фугите преди заваряване. Американският институт за заваряване Едисон почисти военния самолет FG16 с лазер, при мощност на лазера от 1 kW, обемът на почистване е 2,36 cm3 в минута.
Заслужава да се отбележи, че изследванията и приложението на лазерно отстраняване на боя върху усъвършенствани композитни части също са основна гореща точка. Приложенията за лазерно отстраняване на боя са реализирани върху лопатките на витлата на хеликоптерите HG53 и HG56 на ВМС на САЩ, както и върху плоската опашка на изтребителя F16 и други композитни повърхности, докато приложенията на композитните материали в Китай в самолетите са закъснели, така че подобни изследвания са практически незавършени.
Освен това, използването на технология за лазерно почистване за обработка на повърхността на съединението от CFRP композит преди залепване, за да се подобри здравината на съединението, също е един от фокусите на настоящите изследвания. Компанията адаптира лазера към производствената линия на автомобила Audi TT, за да предостави оборудване за почистване с фибърен лазер за почистване на повърхността на оксидния филм на рамката на вратата от лека алуминиева сплав. Rolls G Royce UK използва лазерно почистване за почистване на оксидния филм върху повърхността на титаниевите компоненти на авиационни двигатели.
Технологията за лазерно почистване се разви бързо през последните две години, независимо дали става въпрос за параметрите на процеса на лазерно почистване и механизма на почистване, изследванията на почистващите обекти или приложенията на изследванията, тя постигна голям напредък. След много теоретични изследвания, фокусът на изследванията в областта на лазерното почистване постоянно се насочва към приложението на изследванията и към прилагането на обещаващи резултати. В бъдеще технологията за лазерно почистване ще се използва все по-широко за защита на културни реликви и произведения на изкуството, а пазарът ѝ ще е много широк. С развитието на науката и технологиите приложението на технологията за лазерно почистване в индустрията се превръща в реалност и обхватът ѝ става все по-обширен.
Компанията за лазерна автоматизация Maven се фокусира върху лазерната индустрия от 14 години. Ние сме специализирани в лазерно маркиране. Разполагаме с машина за лазерно почистване на машинни шкафове, машина за лазерно почистване на кутии за колички, машина за лазерно почистване на раници и три в едно лазерно почистване. Освен това разполагаме и с машина за лазерно заваряване, машина за лазерно рязане и машина за лазерно маркиране и гравиране. Ако се интересувате от нашата машина, можете да ни последвате и да се свържете с нас.
Време на публикуване: 14 ноември 2022 г.
