Posljednjih godina, lasersko čišćenje postalo je jedno od istraživačkih žarišta u području industrijske proizvodnje, a istraživanje obuhvaća proces, teoriju, opremu i primjenu. U industrijskim primjenama, tehnologija laserskog čišćenja uspjela je pouzdano očistiti veliki broj različitih površina podloga, čisteći predmete uključujući čelik, aluminij, titan, staklo i kompozitne materijale itd., a primjena se odvija u zrakoplovstvu, zrakoplovstvu, brodarstvu, brzim željeznicama, automobilskoj industriji, industriji kalupa, nuklearnoj energetici, pomorstvu i drugim područjima.
Tehnologija laserskog čišćenja, koja datira iz 1960-ih, ima prednosti dobrog učinka čišćenja, širokog raspona primjena, visoke preciznosti, beskontaktnosti i pristupačnosti. U industrijskoj proizvodnji, proizvodnji i održavanju te drugim područjima ima širok raspon mogućnosti primjene, a očekuje se da će djelomično ili potpuno zamijeniti tradicionalne metode čišćenja i postati najperspektivnija zelena tehnologija čišćenja u 21. stoljeću.
Metoda laserskog čišćenja
Proces laserskog čišćenja je vrlo složen i uključuje niz mehanizama uklanjanja materijala. Kod laserskog čišćenja istovremeno mogu postojati razni mehanizmi, što se uglavnom pripisuje interakciji između lasera i materijala, uključujući ablaciju površine materijala, razgradnju, ionizaciju, degradaciju, taljenje, izgaranje, isparavanje, vibracije, raspršivanje, širenje, skupljanje, eksploziju, ljuštenje, odvajanje i druge fizičke i kemijske 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 toplinsko širenje, isparavanje, ablacija i fazna eksplozija. Laser djeluje izravno na materijal koji se uklanja s površine podloge, a uvjeti okoline mogu biti zrak, razrijeđeni plin ili vakuum. Radni uvjeti su jednostavni i najčešće se koriste za uklanjanje raznih premaza, boja, čestica ili prljavštine. Dijagram u nastavku prikazuje dijagram procesa za metodu čišćenja laserskom ablacijom.
Kada lasersko zračenje djeluje na površinu materijala, podloga i materijal za čišćenje prvo se toplinski 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 toplinskog širenja materijala za čišćenje i podloge dovodi do tlaka na granici, 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 rasplinjavanja materijala za čišćenje, doći će do dvije situacije: 1) prag ablacije materijala za čišćenje je manji od praga ablacije podloge; 2) prag ablacije materijala za čišćenje je veći od praga ablacije podloge.
Ova dva slučaja čišćenja materijala su taljenje, kavitacija i ablacija te druge fizikalno-kemijske promjene. Mehanizam čišćenja je složeniji i, osim toplinskih učinaka, može uključivati i prekid molekularnih veza između materijala za čišćenje i supstrata, razgradnju ili degradaciju materijala za čišćenje, faznu eksploziju, trenutnu ionizaciju i rasplinjavanje materijala za čišćenje te stvaranje plazme.
(1)Lasersko čišćenje uz pomoć tekućeg filma
Mehanizam metode uglavnom ima isparavanje i vibracije kipućeg tekućeg filma itd. Korištenje potrebe za odabirom odgovarajuće valne duljine lasera, na način da se nadoknadi nedostatak udarnog tlaka u procesu čišćenja laserskom ablacijom, može se koristiti za uklanjanje nekih od teže uklonjivih predmeta čišćenja.
Kao što je prikazano na donjoj slici, tekući film (voda, etanol ili druge tekućine) prethodno je prekriven površinom predmeta čišćenja, a zatim se koristi laser za njegovo ozračivanje. Tekući film apsorbira lasersku energiju što rezultira snažnom eksplozijom tekućeg medija, eksplozijom kipuće tekućine koja se kreće velikom brzinom, prijenosom energije na površinu materijala za čišćenje, visoka prolazna eksplozivna sila dovoljna je za uklanjanje površinske prljavštine radi postizanja ciljeva čišćenja.
Metoda laserskog čišćenja uz pomoć tekućeg filma ima dva nedostatka.
Zamršen proces i teško ga je kontrolirati.
Zbog upotrebe tekućeg filma, kemijski sastav površine podloge nakon čišćenja lako se mijenja i stvaraju se nove tvari.
(1)Metoda čišćenja laserskim udarnim valom
Pristup procesu i mehanizam se uvelike razlikuju od prva dva, mehanizam je uglavnom uklanjanje silom udarnog vala, objekti čišćenja su uglavnom čestice, uglavnom za uklanjanje čestica (submikronske ili nanoskalne). Zahtjevi procesa su vrlo strogi, kako bi se osigurala sposobnost ionizacije zraka, tako i održavanje odgovarajuće udaljenosti između lasera i podloge kako bi se osiguralo da je djelovanje udarne sile na čestice dovoljno veliko.
Shematski dijagram procesa čišćenja laserskim udarnim valom prikazan je u nastavku, laser je paralelan sa smjerom udara na površinu podloge i ne dodiruje podlogu. Pomicanjem obratka ili laserske glave podesite fokus lasera na česticu blizu laserskog izlaza, što će dovesti do fenomena ionizacije zraka, što će rezultirati udarnim valovima, brzim sfernim širenjem udarnih valova i produljenjem do kontakta s česticama. Kada je moment poprečne komponente udarnog vala na čestici veći od momenta uzdužne komponente i sile prianjanja čestica, čestica će se ukloniti kotrljanjem.
Tehnologija laserskog čišćenja
Mehanizam laserskog čišćenja uglavnom se temelji na površini objekta nakon apsorpcije laserske energije, ili isparavanja i isparavanja, ili trenutnog toplinskog širenja kako bi se prevladala adsorpcija čestica na površini, tako da se objekt odvaja s površine, a zatim postiže svrha čišćenja.
Grubo sažeto kao: 1. razgradnja laserskom parom, 2. lasersko skidanje, 3. toplinsko širenje čestica prljavštine, 4. vibracije površine podloge i vibracije čestica - četiri aspekta
U usporedbi s tradicionalnim postupkom čišćenja, tehnologija laserskog čišćenja ima sljedeće karakteristike.
1. To je "suho" čišćenje, bez otopine za čišćenje ili drugih kemijskih otopina, a čistoća je puno veća nego kod kemijskog postupka čišćenja.
2. Raspon uklanjanja prljavštine i primjenjivih podloga je vrlo širok, i
3. Regulacijom parametara laserskog procesa, površina podloge se ne može oštetiti, a učinkovito se uklanjaju onečišćujuće tvari, te je površina kao nova.
4. Lasersko čišćenje može se 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 okoliš.
Osamdesetih godina prošlog stoljeća, brzi razvoj poluvodičke industrije postavio je veće zahtjeve za tehnologiju čišćenja i maskiranje površine silicijskih pločica česticama onečišćenja. Ključna stvar je prevladati onečišćenje mikročesticama i podloge između velike adsorpcijske sile. Tradicionalno kemijsko čišćenje, mehaničko čišćenje i ultrazvučno čišćenje nisu mogli zadovoljiti potražnju, a lasersko čišćenje može riješiti takve probleme onečišćenja. Srodna istraživanja i primjene brzo su se razvile.
Godine 1987. prvi put se pojavila patentna prijava za lasersko čišćenje. U 1990-ima, Zapka je uspješno primijenio tehnologiju laserskog čišćenja u procesu proizvodnje poluvodiča kako bi uklonio mikročestice s površine maske, ostvarivši ranu primjenu tehnologije laserskog čišćenja u industrijskom području. 1995. godine istraživači su koristili 2 kW TEA-CO2 laser za uspješno uklanjanje boje s trupa zrakoplova.
Nakon ulaska u 21. stoljeće, s brzim razvojem ultrakratkih pulsirajućih lasera, domaća i strana istraživanja i primjena tehnologije laserskog čišćenja postupno su se povećavali, s fokusom na površinu metalnih materijala. Tipične strane primjene su uklanjanje boje s trupa zrakoplova, odmašćivanje površine kalupa, uklanjanje ugljika iz unutrašnjosti motora i čišćenje površine spojeva prije zavarivanja. Američki Edisonov institut za zavarivanje koristi lasersko čišćenje ratnog zrakoplova FG16, pri snazi lasera od 1 kW, volumen čišćenja je 2,36 cm3 u minuti.
Vrijedi spomenuti da je istraživanje i primjena laserskog uklanjanja boje s naprednih kompozitnih dijelova također velika vruća točka. Američka mornarica HG53 i propeleri helikoptera HG56 te ravni rep i druge kompozitne površine borbenog zrakoplova F16 već su primijenili lasersko uklanjanje boje, dok je kineska primjena kompozitnih materijala u zrakoplovima kasnila, pa su takva istraživanja u osnovi zakazala.
Osim toga, korištenje tehnologije laserskog čišćenja za obradu površine spoja CFRP kompozita prije lijepljenja radi poboljšanja čvrstoće spoja također je jedan od trenutnih fokusa istraživanja. Tvrtka je prilagodila laser proizvodnoj liniji automobila Audi TT kako bi osigurala 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 titanovih komponenti zrakoplovnih motora.
Tehnologija laserskog čišćenja brzo se razvila u posljednje 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 istraživanja stalno je pristran prema primjeni istraživanja i primjeni obećavajućih rezultata. U budućnosti će se tehnologija laserskog čišćenja u zaštiti kulturnih relikvija i umjetničkih djela sve više koristiti, a tržište joj je vrlo široko. Razvojem znanosti i tehnologije, primjena tehnologije laserskog čišćenja u industriji postaje stvarnost, a opseg primjene postaje sve opsežniji.
Tvrtka za lasersku automatizaciju Maven fokusira se na lasersku industriju već 14 godina, specijalizirani smo za lasersko označavanje, imamo stroj za lasersko čišćenje ormara strojeva, stroj za lasersko čišćenje kutija za kolica, stroj za lasersko čišćenje ruksaka i tri u jednom laserskom stroju za čišćenje, osim toga imamo i stroj za lasersko zavarivanje, stroj za lasersko rezanje i stroj za lasersko označavanje i graviranje. Ako ste zainteresirani za naš stroj, možete nas pratiti i slobodno nas kontaktirati.
Vrijeme objave: 14. studenog 2022.
