Pembuatan mewah dan penjimatan tenaga dan pengurangan pelepasan mempunyai keperluan yang semakin mendesak untuk proses lanjutan. Dari segi rawatan permukaan industri, terdapat keperluan mendesak untuk peningkatan teknologi dan proses yang komprehensif. Proses pembersihan industri tradisional, seperti pembersihan geseran mekanikal, pembersihan kakisan kimia, pembersihan kesan kuat, pembersihan ultrasonik frekuensi tinggi, bukan sahaja mempunyai kitaran pembersihan yang panjang, tetapi sukar untuk mengautomasikan, mempunyai kesan berbahaya kepada alam sekitar, dan gagal mencapai kesan pembersihan yang diingini. Ia tidak dapat memenuhi keperluan pemprosesan halus.
Walau bagaimanapun, dengan percanggahan yang semakin ketara antara perlindungan alam sekitar, kecekapan tinggi dan ketepatan tinggi, kaedah pembersihan industri tradisional amat dicabar. Pada masa yang sama, pelbagai teknologi pembersihan yang kondusif untuk perlindungan alam sekitar dan sesuai untuk bahagian dalam bidang ultra-kemasan telah muncul, dan teknologi pembersihan laser adalah salah satu daripadanya.
Konsep Pembersihan Laser
Pembersihan laser ialah teknologi yang menggunakan laser tertumpu untuk bertindak pada permukaan bahan untuk mengewap atau mengelupas dengan cepat bahan cemar di permukaan, supaya dapat membersihkan permukaan bahan. Berbanding dengan pelbagai kaedah pembersihan fizikal atau kimia tradisional, pembersihan laser mempunyai ciri-ciri tanpa sentuhan, tiada bahan habis pakai, tiada pencemaran, ketepatan tinggi, tiada kerosakan atau kerosakan kecil, dan merupakan pilihan ideal untuk teknologi pembersihan industri generasi baharu.
Prinsip Kerja Mesin Pembersih Laser
Prinsip bagimesin pembersihan laseradalah lebih rumit, dan mungkin termasuk kedua-dua proses fizikal dan kimia. Dalam banyak kes, proses fizikal adalah proses utama, disertai dengan beberapa tindak balas kimia. Proses utama boleh dikelaskan kepada tiga kategori, termasuk proses pengegasan, proses kejutan, dan proses ayunan.
Proses Pengegasan
Apabila laser tenaga tinggi disinari pada permukaan bahan, permukaan menyerap tenaga laser dan menukarnya kepada tenaga dalaman, supaya suhu permukaan meningkat dengan cepat dan mencapai melebihi suhu pengewapan bahan, supaya bahan pencemar dipisahkan daripada permukaan bahan dalam bentuk wap. Pengewapan terpilih biasanya berlaku apabila kadar penyerapan cahaya laser oleh bahan cemar permukaan adalah jauh lebih tinggi daripada substrat. Kes aplikasi biasa ialah pembersihan kotoran pada permukaan batu. Seperti yang ditunjukkan dalam rajah di bawah, bahan pencemar pada permukaan batu mempunyai penyerapan laser yang kuat dan cepat terwap. Apabila bahan pencemar dikeluarkan dan laser disinari pada permukaan batu, penyerapan lemah, lebih banyak tenaga laser bertaburan oleh permukaan batu, perubahan suhu permukaan batu adalah kecil, dan permukaan batu dilindungi daripada kerosakan.
Proses berasaskan kimia biasa berlaku apabila laser dalam jalur ultraviolet digunakan untuk membersihkan bahan cemar organik, yang dipanggil ablasi laser. Laser ultraungu mempunyai panjang gelombang yang pendek dan tenaga foton yang tinggi. Sebagai contoh, laser excimer KrF mempunyai panjang gelombang 248 nm dan tenaga foton setinggi 5 eV, iaitu 40 kali lebih tinggi daripada tenaga foton laser CO2 (0.12 eV). Tenaga foton yang tinggi sedemikian cukup untuk memusnahkan ikatan molekul bahan organik, supaya CC, CH, CO, dan lain-lain dalam bahan pencemar organik dipecahkan selepas menyerap tenaga foton laser, mengakibatkan pengegasan pirolisis dan penyingkiran dari permukaan.
Proses Kejutan
Proses kejutan ialah satu siri tindak balas yang berlaku semasa interaksi antara laser dan bahan, dan kemudian gelombang kejutan terbentuk pada permukaan bahan. Di bawah tindakan gelombang kejutan, bahan cemar permukaan dipecahkan dan menjadi habuk atau serpihan yang dikupas dari permukaan. Terdapat banyak mekanisme yang menyebabkan gelombang kejutan, termasuk plasma, wap, dan pengembangan dan pengecutan haba yang cepat. Menggunakan gelombang kejutan plasma sebagai contoh, adalah mungkin untuk memahami secara ringkas bagaimana proses kejutan dalam pembersihan laser menghilangkan bahan cemar permukaan. Dengan penggunaan laser lebar nadi ultra-pendek (ns) dan kuasa puncak ultra-tinggi (107–1010 W/cm2), suhu permukaan masih akan meningkat secara mendadak walaupun permukaan menyerap laser dengan ringan, mencapai suhu pengewapan serta-merta. Di atas, wap yang terbentuk di atas permukaan bahan, seperti yang ditunjukkan dalam (a) dalam rajah berikut. Suhu wap boleh mencapai 104 – 105 K, yang boleh mengionkan wap itu sendiri atau udara sekeliling untuk membentuk plasma. Plasma akan menghalang laser daripada mencapai permukaan bahan, dan pengewapan permukaan bahan mungkin berhenti, tetapi plasma akan terus menyerap tenaga laser, dan suhu akan terus meningkat, membentuk keadaan setempat suhu ultra tinggi dan tekanan tinggi, yang menghasilkan 1-100 kbar serta-merta pada permukaan bahan. Kesan dipindahkan secara beransur-ansur ke bahagian dalam bahan, seperti ditunjukkan dalam Rajah (b) dan (c) di bawah. Di bawah tindakan gelombang kejutan, bahan cemar permukaan dipecah menjadi habuk kecil, zarah atau serpihan. Apabila laser dialihkan dari kedudukan penyinaran, plasma hilang dan tekanan negatif dijana secara tempatan, dan zarah atau serpihan bahan cemar dikeluarkan dari permukaan, seperti ditunjukkan dalam Rajah (d) di bawah.
Proses Ayunan
Di bawah tindakan denyutan pendek, proses pemanasan dan penyejukan bahan sangat pesat. Oleh kerana bahan yang berbeza mempunyai pekali pengembangan haba yang berbeza, di bawah penyinaran laser denyutan pendek, bahan cemar permukaan dan substrat akan mengalami pengembangan haba frekuensi tinggi dan penguncupan darjah yang berbeza, mengakibatkan ayunan, menyebabkan bahan cemar mengelupas permukaan bahan tersebut. Semasa proses pengelupasan ini, pengewapan bahan mungkin tidak berlaku, dan plasma mungkin tidak dihasilkan. Sebaliknya, daya ricih yang terbentuk pada antara muka bahan cemar dan substrat di bawah tindakan ayunan memusnahkan ikatan antara bahan cemar dan substrat. . Kajian telah menunjukkan bahawa apabila sudut kejadian laser meningkat sedikit, sentuhan antara laser dan pencemaran zarah dan antara muka substrat dapat ditingkatkan, ambang pembersihan laser dapat dikurangkan, kesan ayunan lebih jelas, dan kecekapan pembersihan lebih tinggi. Walau bagaimanapun, sudut kejadian tidak boleh terlalu besar. Sudut kejadian yang terlalu besar akan mengurangkan ketumpatan tenaga yang bertindak pada permukaan bahan dan melemahkan keupayaan pembersihan laser.
Aplikasi Industri Pembersih Laser
Industri Acuan
Pembersih laser dapat merealisasikan pembersihan acuan tanpa sentuhan, yang sangat selamat untuk permukaan acuan, dapat memastikan ketepatannya, dan dapat membersihkan zarah kotoran sub-mikron yang tidak dapat dikeluarkan oleh kaedah pembersihan tradisional, sehingga untuk mencapai pembersihan yang benar-benar bebas pencemaran, cekap dan berkualiti tinggi.
Industri Instrumen Ketepatan
Industri jentera ketepatan selalunya perlu mengeluarkan ester dan minyak mineral yang digunakan untuk pelinciran dan rintangan kakisan daripada bahagian, biasanya secara kimia, dan pembersihan kimia sering meninggalkan sisa. Penyahsterilan laser boleh mengeluarkan sepenuhnya ester dan minyak mineral tanpa merosakkan permukaan bahagian. Laser menggalakkan pengegasan letupan lapisan oksida nipis pada permukaan bahagian untuk membentuk gelombang kejutan, yang mengakibatkan penyingkiran bahan cemar dan bukannya interaksi mekanikal.
Industri Kereta Api
Pada masa ini, semua pembersihan pra-kimpalan rel menggunakan pembersihan jenis pengisaran roda pengisaran dan tali pinggang yang kasar, yang menyebabkan kerosakan serius pada substrat dan tekanan sisa yang serius, dan menggunakan banyak bahan guna roda pengisaran setiap tahun, yang mahal dan menyebabkan serius. pencemaran habuk kepada alam sekitar. Pembersihan laser boleh menyediakan teknologi pembersihan hijau yang berkualiti tinggi dan cekap untuk pengeluaran peletakan landasan kereta api berkelajuan tinggi negara saya, menyelesaikan masalah di atas, menghapuskan kecacatan kimpalan seperti lubang rel lancar dan bintik kelabu, dan meningkatkan kestabilan dan keselamatan tinggi negara saya. -operasi kereta api laju.
Industri Penerbangan
Permukaan pesawat perlu dicat semula selepas tempoh tertentu, tetapi cat lama asal perlu ditanggalkan sepenuhnya sebelum mengecat. Rendam/pengelap kimia adalah kaedah pelucutan cat utama dalam bidang penerbangan. Kaedah ini menghasilkan sejumlah besar sisa bahan kimia, dan adalah mustahil untuk mencapai penyelenggaraan tempatan dan pelucutan cat. Proses ini adalah beban kerja yang berat dan berbahaya kepada kesihatan. Pembersihan laser membolehkan penyingkiran cat berkualiti tinggi pada permukaan kulit pesawat dan mudah diautomasikan untuk pengeluaran. Pada masa ini, teknologi pembersihan laser telah digunakan untuk penyelenggaraan beberapa model mewah.
Industri Kapal
Pada masa ini, pembersihan pra-pengeluaran kapal terutamanya menggunakan kaedah letupan pasir. Kaedah letupan pasir telah menyebabkan pencemaran habuk yang serius kepada alam sekitar dan telah diharamkan secara beransur-ansur, mengakibatkan pengurangan atau penggantungan pengeluaran oleh pengeluar kapal. Teknologi pembersihan laser akan menyediakan penyelesaian pembersihan hijau dan bebas pencemaran untuk penyemburan anti-karat pada permukaan kapal.
Senjata
Teknologi pembersihan laser telah digunakan secara meluas dalam penyelenggaraan senjata. Sistem pembersihan laser boleh menghilangkan karat dan bahan cemar dengan cekap dan cepat, dan boleh memilih bahagian pembersihan untuk merealisasikan automasi pembersihan. Menggunakan pembersihan laser, bukan sahaja kebersihan lebih tinggi daripada proses pembersihan kimia, tetapi juga hampir tiada kerosakan pada permukaan objek. Dengan menetapkan parameter yang berbeza, mesin pembersihan laser juga boleh membentuk filem pelindung oksida padat atau lapisan lebur logam pada permukaan objek logam untuk meningkatkan kekuatan permukaan dan rintangan kakisan. Sisa yang dikeluarkan oleh laser pada dasarnya tidak mencemarkan alam sekitar, dan ia juga boleh dikendalikan pada jarak jauh, yang secara berkesan mengurangkan kerosakan kepada kesihatan pengendali.
Bahagian Luar Bangunan
Semakin banyak bangunan pencakar langit sedang dibina, dan masalah pembersihan bangunan dinding luar semakin ketara. Sistem pembersihan laser membersihkan dinding luar bangunan dengan baik melalui gentian optik. Penyelesaian dengan panjang maksimum 70 meter boleh membersihkan pelbagai bahan pencemar dengan berkesan pada pelbagai batu, logam dan kaca, dan kecekapannya jauh lebih tinggi daripada pembersihan konvensional. Ia juga boleh menghilangkan bintik hitam dan kotoran dari pelbagai batu dalam bangunan. Ujian pembersihan sistem pembersihan laser pada bangunan dan monumen batu menunjukkan bahawa pembersihan laser mempunyai kesan yang baik untuk melindungi penampilan bangunan purba.
Industri Elektronik
Industri elektronik menggunakan laser untuk mengeluarkan oksida: Industri elektronik memerlukan penyahcemaran berketepatan tinggi, dan penyahoksidaan laser amat sesuai. Pin komponen mesti dinyahoksida secara menyeluruh sebelum memateri papan untuk memastikan sentuhan elektrik yang optimum dan pin tidak boleh rosak semasa proses penyahcemaran. Pembersihan laser boleh memenuhi keperluan penggunaan, dan kecekapannya sangat tinggi, dan hanya satu penyinaran laser diperlukan untuk setiap jarum.
Loji Tenaga Nuklear
Sistem pembersihan laser juga digunakan dalam pembersihan paip reaktor di loji kuasa nuklear. Ia menggunakan gentian optik untuk memperkenalkan pancaran laser berkuasa tinggi ke dalam reaktor untuk terus mengeluarkan habuk radioaktif, dan bahan yang dibersihkan mudah dibersihkan. Dan kerana ia dikendalikan dari jauh, keselamatan kakitangan boleh terjamin.
Ringkasan
Industri pembuatan termaju hari ini telah menjadi puncak persaingan antarabangsa. Sebagai sistem termaju dalam pembuatan laser, mesin pembersihan laser mempunyai potensi besar untuk nilai aplikasi dalam pembangunan perindustrian. Membangunkan teknologi pembersihan laser yang pesat mempunyai kepentingan strategik yang sangat penting untuk pembangunan ekonomi dan sosial.