Pēdējos gados lāzertīrīšana ir kļuvusi par vienu no pētniecības karstajiem punktiem rūpnieciskās ražošanas jomā, pētījumi aptver procesu, teoriju, iekārtas un pielietojumu. Rūpnieciskos pielietojumos lāzertīrīšanas tehnoloģija ir spējusi droši notīrīt lielu skaitu dažādu substrātu virsmu, tīrot objektus, tostarp tēraudu, alumīniju, titānu, stiklu un kompozītmateriālus utt., pielietojuma nozarēs, kas aptver kosmosa, aviācijas, kuģniecības, ātrgaitas dzelzceļa, autobūves, pelējuma, kodolenerģijas, jūras un citas jomas.
Lāzera tīrīšanas tehnoloģijai, kas radusies 20. gs. sešdesmitajos gados, ir tādas priekšrocības kā labs tīrīšanas efekts, plašs pielietojumu klāsts, augsta precizitāte, bezkontakta tehnoloģija un pieejamība. Rūpnieciskajā ražošanā, ražošanā un apkopē, kā arī citās jomās ir plašs pielietojumu klāsts, un paredzams, ka tā daļēji vai pilnībā aizstās tradicionālās tīrīšanas metodes un kļūs par daudzsološāko videi draudzīgo tīrīšanas tehnoloģiju 21. gadsimtā.
Lāzera tīrīšanas metode
Lāzera tīrīšanas process ir ļoti sarežģīts, ietverot dažādus materiāla noņemšanas mehānismus. Lāzera tīrīšanas metodes gadījumā tīrīšanas procesā var pastāvēt vienlaikus dažādi mehānismi, kas galvenokārt ir saistīti ar lāzera un materiāla mijiedarbību, tostarp materiāla virsmas ablāciju, sadalīšanos, jonizāciju, degradāciju, kušanu, sadegšanu, iztvaikošanu, vibrāciju, izsmidzināšanu, izplešanos, saraušanos, eksploziju, lobīšanos, lobīšanos un citas fizikālas un ķīmiskas izmaiņas.
Pašlaik tipiskās lāzera tīrīšanas metodes galvenokārt ir trīs: lāzera ablācijas tīrīšana, ar šķidru plēvi asistēta lāzera tīrīšana un lāzera triecienviļņu tīrīšana.
Lāzera ablācijas tīrīšanas metode
Galvenie metodoloģiskie mehānismi ir termiskā izplešanās, iztvaikošana, ablācija un fāzes eksplozija. Lāzers iedarbojas tieši uz materiālu, kas jānoņem no substrāta virsmas, un apkārtējās vides apstākļi var būt gaiss, retināta gāze vai vakuums. Darbības apstākļi ir vienkārši un visplašāk tiek izmantoti dažādu pārklājumu, krāsu, daļiņu vai netīrumu noņemšanai. Zemāk redzamajā diagrammā parādīta lāzera ablācijas tīrīšanas metodes procesa diagramma.
Kad lāzera starojums iedarbojas uz materiāla virsmu, substrāts un tīrīšanas materiāli vispirms piedzīvo termisko izplešanos. Palielinoties lāzera mijiedarbības laikam ar tīrīšanas materiālu, ja temperatūra ir zemāka par tīrīšanas materiāla kavitācijas slieksni, tīrīšanas materiālā notiek tikai fizikālu izmaiņu process. Tīrīšanas materiāla un substrāta termiskās izplešanās koeficienta starpība rada spiedienu saskarnē, tīrīšanas materiāls var deformēties, atplīst no substrāta virsmas, plaisāt, mehāniski lūzt, vibrēt un saspiest. Tīrīšanas materiāls tiek noņemts ar strūklu vai noņemts no substrāta virsmas.
Ja temperatūra ir augstāka par tīrīšanas līdzekļa gazifikācijas sliekšņa temperatūru, būs divas situācijas: 1) tīrīšanas līdzekļa ablācijas slieksnis ir zemāks par substrātu; 2) tīrīšanas līdzekļa ablācijas slieksnis ir lielāks par substrātu.
Šie divi tīrīšanas materiālu gadījumi ir kušana, kavitācija un ablācija, kā arī citas fizikāli ķīmiskas izmaiņas. Tīrīšanas mehānisms ir sarežģītāks, papildus termiskajiem efektiem, bet var ietvert arī tīrīšanas materiālu un substrātu molekulāro saišu pārrāvumu, tīrīšanas materiālu sadalīšanos vai degradāciju, fāzes sprādzienu, tīrīšanas materiālu gazifikāciju, momentāno jonizāciju un plazmas ģenerēšanu.
(1)Šķidrās plēves lāzera tīrīšana
Metodes mehānisms galvenokārt ietver šķidras plēves viršanas iztvaikošanu un vibrāciju utt. Izmantojot nepieciešamību izvēlēties atbilstošu lāzera viļņa garumu, lai kompensētu trieciena spiediena trūkumu lāzera ablācijas tīrīšanas procesā, var noņemt dažus grūtāk noņemamus tīrīšanas objektus.
Kā parādīts attēlā zemāk, tīrāmā objekta virsmu iepriekš pārklāj ar šķidru plēvi (ūdeni, etanolu vai citiem šķidrumiem), un pēc tam to apstaro ar lāzeru. Šķidrā plēve absorbē lāzera enerģiju, kā rezultātā šķidrā vide spēcīgi eksplodē, verdoša šķidruma eksplozija notiek lielā ātrumā, enerģija tiek pārnesta uz virsmas tīrīšanas līdzekļiem, un augsts īslaicīgs sprādziena spēks ir pietiekams, lai noņemtu virsmas netīrumus tīrīšanas nolūkos.
Šķidrās plēves lāzera tīrīšanas metodei ir divi trūkumi.
Apgrūtinošs process un grūti kontrolējams.
Šķidrās plēves izmantošanas dēļ substrāta virsmas ķīmiskais sastāvs pēc tīrīšanas ir viegli maināms un rodas jaunas vielas.
(1)Lāzera triecienviļņu tipa tīrīšanas metode
Procesa pieeja un mehānisms ļoti atšķiras no pirmajiem diviem, mehānisms galvenokārt ir triecienviļņa spēka noņemšana, tīrīšanas objekti galvenokārt ir daļiņas, galvenokārt daļiņu (submikronu vai nanoskalas) noņemšanai. Procesa prasības ir ļoti stingras, gan lai nodrošinātu gaisa jonizācijas spēju, gan lai saglabātu piemērotu attālumu starp lāzeru un substrātu, lai nodrošinātu, ka trieciena spēka iedarbība uz daļiņām ir pietiekami liela.
Lāzera triecienviļņa tīrīšanas procesa shematiska diagramma ir parādīta zemāk, lāzers virzās paralēli substrāta virsmas trieciena virzienam, lai substrāts nesaskartos ar to. Pārvietojiet sagatavi vai lāzera galviņu, lai noregulētu lāzera fokusu uz daļiņu lāzera izejas tuvumā, radot gaisa jonizācijas fenomena fokusa punktu, kā rezultātā rodas triecienviļņi. Triecienviļņi strauji izplešas, sfēriski izplešas un nonāk saskarē ar daļiņām. Kad triecienviļņa šķērsvirziena komponentes moments uz daļiņu ir lielāks par gareniskās komponentes momentu un daļiņas adhēzijas spēku, daļiņa tiks noņemta, ripojot.
Lāzera tīrīšanas tehnoloģija
Lāzera tīrīšanas mehānisms galvenokārt balstās uz objekta virsmu pēc lāzera enerģijas absorbcijas vai iztvaikošanas un gaistošanas vai momentānas termiskās izplešanās, lai pārvarētu daļiņu adsorbciju uz virsmas, lai objekts tiktu noņemts no virsmas un pēc tam sasniegtu tīrīšanas mērķi.
Aptuveni apkopoti šādi: 1. lāzera tvaiku sadalīšanās, 2. lāzera noņemšana, 3. netīrumu daļiņu termiskā izplešanās, 4. substrāta virsmas vibrācija un daļiņu vibrācija, četri aspekti
Salīdzinot ar tradicionālo tīrīšanas procesu, lāzera tīrīšanas tehnoloģijai ir šādas īpašības.
1. Tā ir "sausa" tīrīšana, bez tīrīšanas šķīduma vai citiem ķīmiskiem šķīdumiem, un tīrība ir daudz augstāka nekā ķīmiskās tīrīšanas procesā.
2. Netīrumu noņemšanas apjoms un piemērojamo substrātu klāsts ir ļoti plašs, un
3. Regulējot lāzera procesa parametrus, nevar sabojāt substrāta virsmu, pamatojoties uz efektīvu piesārņotāju noņemšanu, vai virsma ir tikpat laba kā jauna.
4. Lāzera tīrīšanu var viegli automatizēt.
5. Lāzera dekontaminācijas iekārtas var izmantot ilgu laiku, zemas ekspluatācijas izmaksas.
6. Lāzera tīrīšanas tehnoloģija ir: zaļa: tīrīšanas process, atkritumu likvidēšana ir ciets pulveris, mazs izmērs, viegli uzglabājams, būtībā nepiesārņo vidi.
Astoņdesmitajos gados pusvadītāju rūpniecība strauji attīstījās, un silīcija vafeļu masku virsmas piesārņojuma daļiņu tīrīšanas tehnoloģija izvirzīja augstākas prasības. Galvenais mērķis bija pārvarēt mikrodaļiņu piesārņojumu starp substrātu un lielo adsorbcijas spēku. Tradicionālās ķīmiskās tīrīšanas, mehāniskās tīrīšanas un ultraskaņas tīrīšanas metodes nespēja apmierināt pieprasījumu, un lāzera tīrīšana var atrisināt šādas piesārņojuma problēmas. Saistītie pētījumi un pielietojumi ir strauji attīstījušies.
1987. gadā parādījās pirmais patenta pieteikums lāzertīrīšanai. 20. gadsimta 90. gados Zapka veiksmīgi pielietoja lāzertīrīšanas tehnoloģiju pusvadītāju ražošanas procesā, lai noņemtu mikrodaļiņas no maskas virsmas, tādējādi realizējot lāzertīrīšanas tehnoloģijas agrīnu pielietojumu rūpnieciskajā jomā. 1995. gadā pētnieki izmantoja 2 kW TEA-CO2 lāzeru, lai veiksmīgi noņemtu lidmašīnu fizelāžas krāsu.
Pēc ieiešanas 21. gadsimtā, attīstoties īpaši īsu impulsu lāzeriem, pakāpeniski pieauga vietējie un ārvalstu pētījumi un lāzera tīrīšanas tehnoloģiju pielietojums, koncentrējoties uz metāla materiālu virsmām. Tipiski ārvalstu pielietojumi ir lidmašīnu fizelāžas krāsas noņemšana, veidņu virsmu attaukošana, dzinēja iekšējās oglekļa noņemšana un savienojumu virsmas tīrīšana pirms metināšanas. ASV Edisona metināšanas institūts veica FG16 kara lidmašīnas lāzertīrīšanu, izmantojot lāzera jaudu 1 kW un tīrīšanas apjomu 2,36 cm3 minūtē.
Vērts pieminēt, ka aktuāla tēma ir arī lāzera krāsas noņemšanas pētniecība un pielietošana modernām kompozītmateriālu detaļām. ASV Jūras spēku HG53 un HG56 helikopteru propelleru lāpstiņas, kā arī F16 iznīcinātāju plakanā aste un citas kompozītmateriālu virsmas ir izmantotas lāzera krāsas noņemšanai, savukārt Ķīnas kompozītmateriālu izmantošana lidmašīnu pielietojumos ir novēlota, tāpēc šādi pētījumi būtībā ir palikuši bez ievērības.
Turklāt viens no pašreizējiem pētījumu virzieniem ir lāzera tīrīšanas tehnoloģijas izmantošana CFRP kompozītmateriāla virsmas apstrādei pirms līmēšanas, lai uzlabotu savienojuma izturību. Pielāgot lāzeru uzņēmumam Audi TT automašīnu ražošanas līnijā, lai nodrošinātu šķiedru lāzera tīrīšanas iekārtas vieglā alumīnija sakausējuma durvju rāmja oksīda plēves virsmas tīrīšanai. Rolls G Royce UK izmantoja lāzera tīrīšanu, lai notīrītu oksīda plēvi no titāna aerodzinēju detaļu virsmas.
Pēdējo divu gadu laikā lāzera tīrīšanas tehnoloģija ir strauji attīstījusies, neatkarīgi no tā, vai runa ir par lāzera tīrīšanas procesa parametriem un tīrīšanas mehānismu, tīrīšanas objektu pētījumiem vai pētījumu pielietošanu, ir panākts ievērojams progress. Pēc daudziem teorētiskiem pētījumiem lāzera tīrīšanas tehnoloģijas pētījumu uzmanības centrā pastāvīgi ir pētījumu pielietošana un daudzsološu rezultātu pielietošana. Nākotnē lāzera tīrīšanas tehnoloģija kultūras relikviju un mākslas darbu aizsardzībā tiks izmantota arvien plašāk, un tās tirgus ir ļoti plašs. Attīstoties zinātnei un tehnoloģijām, lāzera tīrīšanas tehnoloģijas pielietošana rūpniecībā kļūst par realitāti, un tās pielietojuma joma kļūst arvien plašāka.
Maven lāzeru automatizācijas uzņēmums 14 gadus koncentrējas uz lāzeru nozari, mēs specializējamies lāzera marķēšanā, mums ir mašīnu skapju lāzera tīrīšanas mašīna, ratiņu lāzera tīrīšanas mašīna, mugursomas lāzera tīrīšanas mašīna un trīs vienā lāzera tīrīšanas mašīna, turklāt mums ir arī lāzera metināšanas mašīna, lāzergriešanas mašīna un lāzera marķēšanas gravēšanas mašīna. Ja jūs interesē mūsu mašīna, varat sekot mums un nekautrējieties sazināties ar mums.
Publicēšanas laiks: 2022. gada 14. novembris
