Производството от висок клас и енергоспестяването и намаляването на емисиите имат все по-спешна нужда от усъвършенствани процеси. По отношение на промишлената повърхностна обработка има спешна нужда от цялостно надграждане на технологиите и процесите. Традиционните промишлени процеси на почистване, като механично фрикционно почистване, химическо корозионно почистване, силно ударно почистване, високочестотно ултразвуково почистване, не само имат дълги цикли на почистване, но са трудни за автоматизиране, имат вредно въздействие върху околната среда и не успяват да постигнат желан почистващ ефект. Не може добре да отговори на нуждите от фина обработка.
Въпреки това, с все по-изявените противоречия между опазването на околната среда, високата ефективност и високата прецизност, традиционните промишлени методи за почистване са сериозно предизвикателство. В същото време се появиха различни почистващи технологии, които благоприятстват опазването на околната среда и са подходящи за детайли в областта на ултрафинишната обработка, а лазерната почистваща технология е една от тях.
Концепция за лазерно почистване
Лазерното почистване е технология, която използва фокусиран лазер за въздействие върху повърхността на материала, за бързо изпаряване или отлепване на замърсителите на повърхността, така че да почисти повърхността на материала. В сравнение с различни традиционни физични или химически методи за почистване, лазерното почистване има характеристиките на липса на контакт, без консумативи, без замърсяване, висока прецизност, без щети или малки щети и е идеален избор за ново поколение промишлени почистващи технологии.
Принцип на работа на машината за лазерно почистване
Принципът намашина за лазерно почистванее по-сложен и може да включва както физични, така и химични процеси. В много случаи физическите процеси са основният процес, придружен от някои химични реакции. Основните процеси могат да бъдат класифицирани в три категории, включително процес на газификация, ударен процес и процес на колебание.
Процес на газификация
Когато високоенергийният лазер се облъчи върху повърхността на материала, повърхността абсорбира лазерната енергия и я преобразува във вътрешна енергия, така че температурата на повърхността се покачва бързо и достига над температурата на изпаряване на материала, така че замърсителите да бъдат отделя се от повърхността на материала под формата на пара. Селективното изпаряване обикновено се случва, когато степента на абсорбция на лазерната светлина от повърхностните замърсители е значително по-висока от тази на субстрата. Типичен случай на приложение е почистването на мръсотия върху каменни повърхности. Както е показано на фигурата по-долу, замърсителите на повърхността на камъка имат силна абсорбция на лазера и бързо се изпаряват. Когато замърсителите се отстранят и лазерът се облъчва върху повърхността на камъка, абсорбцията е слаба, повече лазерна енергия се разпръсква от повърхността на камъка, температурната промяна на повърхността на камъка е малка и повърхността на камъка е защитена от повреда.
Типичен процес на химическа основа възниква, когато лазер в ултравиолетовата лента се използва за почистване на органични замърсители, което се нарича лазерна аблация. Ултравиолетовите лазери имат къси дължини на вълните и висока фотонна енергия. Например, KrF ексимерните лазери имат дължина на вълната 248 nm и фотонна енергия до 5 eV, което е 40 пъти по-високо от фотонната енергия на CO2 лазера (0,12 eV). Такава висока фотонна енергия е достатъчна, за да разруши молекулярните връзки на органичната материя, така че CC, CH, CO и т.н. в органичните замърсители да се разрушат след абсорбиране на фотонната енергия на лазера, което води до пиролизно газифициране и отстраняване от повърхността.
Шоков процес
Ударният процес е поредица от реакции, които възникват по време на взаимодействието между лазера и материала, след което върху повърхността на материала се образува ударна вълна. Под действието на ударната вълна повърхностните замърсители се раздробяват и се превръщат в прах или отломки, отлепени от повърхността. Има много механизми, които причиняват ударни вълни, включително плазма, пара и бързо термично разширение и свиване. Използвайки плазмените ударни вълни като пример, е възможно да разберем накратко как шоковият процес при лазерно почистване премахва повърхностните замърсители. С прилагането на лазери с ултракъса ширина на импулса (ns) и свръхвисока пикова мощност (107–1010 W/cm2), температурата на повърхността все още ще се повиши рязко, дори ако повърхността абсорбира леко лазера, достигайки моментално температурата на изпаряване. По-горе парата се образува над повърхността на материала, както е показано в (a) на следващата фигура. Температурата на парата може да достигне 104 – 105 K, което може да йонизира самата пара или околния въздух, за да образува плазма. Плазмата ще блокира достигането на лазера до повърхността на материала и изпаряването на повърхността на материала може да спре, но плазмата ще продължи да абсорбира лазерната енергия и температурата ще продължи да се повишава, образувайки локализирано състояние на свръхвисока температура и високо налягане, което създава мигновено 1-100 kbar върху повърхността на материала. Ударът постепенно се прехвърля към вътрешността на материала, както е показано на фигури (b) и (c) по-долу. Под действието на ударната вълна повърхностните замърсители се раздробяват на миниатюрни прашинки, частици или фрагменти. Когато лазерът се отдалечи от позицията на облъчване, плазмата изчезва и локално се генерира отрицателно налягане, а частиците или отломките от замърсители се отстраняват от повърхността, както е показано на фигура (d) по-долу.
Процес на трептене
Под действието на кратки импулси процесите на нагряване и охлаждане на материала протичат изключително бързо. Тъй като различните материали имат различни коефициенти на топлинно разширение, при облъчване на лазер с къс импулс, повърхностните замърсители и субстратът ще претърпят високочестотно топлинно разширение и свиване с различна степен, което води до колебания, което кара замърсителите да се отлепят от повърхността на материалът. По време на този процес на ексфолиране може да не настъпи изпаряване на материала и да не се генерира плазма. Вместо това силата на срязване, образувана на границата на замърсителя и субстрата под действието на трептене, разрушава връзката между замърсителя и субстрата. . Проучванията показват, че когато ъгълът на падане на лазера е леко увеличен, контактът между лазера и замърсяването на частиците и интерфейса на субстрата може да се увеличи, прагът на лазерно почистване може да бъде намален, ефектът на трептене е по-очевиден и ефективността на почистване е по-висока. Ъгълът на падане обаче не трябва да бъде твърде голям. Твърде големият ъгъл на падане ще намали енергийната плътност, действаща върху повърхността на материала, и ще отслаби почистващата способност на лазера.
Промишлени приложения на лазерни почистващи препарати
Мухъл индустрия
Лазерният почистващ препарат може да реализира безконтактно почистване на матрицата, което е много безопасно за повърхността на матрицата, може да гарантира нейната точност и може да почисти субмикронните частици мръсотия, които не могат да бъдат отстранени с традиционните методи за почистване, така че за постигане на наистина без замърсяване, ефективно и висококачествено почистване.
Индустрия за прецизни инструменти
Индустрията за прецизни машини често трябва да отстранява естери и минерални масла, използвани за смазване и устойчивост на корозия, от части, обикновено химически, а химическото почистване често оставя остатъци. Лазерната деестерификация може напълно да премахне естери и минерални масла, без да повреди повърхността на частите. Лазерът насърчава експлозивната газификация на тънкия оксиден слой на повърхността на детайла, за да образува ударна вълна, което води до отстраняване на замърсителите, а не до механично взаимодействие.
Железопътна индустрия
Понастоящем цялото почистване преди заваряване на релси приема шлифовъчен диск и абразивна лента тип почистване, което причинява сериозни щети на субстрата и сериозно остатъчно напрежение и изразходва много консумативи за шлифовъчни колела всяка година, което е скъпо и причинява сериозни замърсяване на околната среда с прах. Лазерното почистване може да осигури висококачествена и ефикасна екологична технология за почистване за производството на високоскоростни железопътни линии в моята страна, да разреши горните проблеми, да елиминира дефекти при заваряване, като безшевни релсови дупки и сиви петна, и да подобри стабилността и безопасността на високите в моята страна -скоростна железопътна експлоатация.
Авиационна индустрия
Повърхността на самолета трябва да бъде пребоядисана след определен период от време, но оригиналната стара боя трябва да бъде напълно отстранена преди боядисване. Химическото накисване/избърсване е основният метод за отстраняване на боя в областта на авиацията. Този метод води до голямо количество спомагателни химически отпадъци и е невъзможно да се постигне локална поддръжка и отстраняване на боя. Този процес е тежък и вреден за здравето. Лазерното почистване позволява висококачествено отстраняване на боята върху повърхностите на самолета и е лесно автоматизирано за производство. Понастоящем технологията за лазерно почистване се прилага при поддръжката на някои модели от висок клас.
Корабна индустрия
Понастоящем предпроизводственото почистване на кораби възприема основно метода на пясъкоструене. Методът на пясъкоструене причини сериозно замърсяване с прах на околната среда и постепенно беше забранен, което доведе до намаляване или дори спиране на производството от производителите на кораби. Технологията за лазерно почистване ще осигури екологично и незамърсяващо почистващо решение за антикорозионно пръскане на корабни повърхности.
Въоръжение
Технологията за лазерно почистване се използва широко в поддръжката на оръжия. Системата за лазерно почистване може да премахне ръждата и замърсителите ефективно и бързо и може да избере почистващата част, за да реализира автоматизацията на почистването. Използвайки лазерно почистване, не само чистотата е по-висока от процеса на химическо почистване, но и почти няма увреждане на повърхността на обекта. Чрез задаване на различни параметри машината за лазерно почистване може също да образува плътен оксиден защитен филм или слой от топене на метал върху повърхността на метални предмети, за да подобри повърхностната здравина и устойчивостта на корозия. Отпадъците, отстранени от лазера, основно не замърсяват околната среда и могат да се използват и на голямо разстояние, което ефективно намалява увреждането на здравето на оператора.
Екстериор на сградата
Все повече и повече небостъргачи се строят и проблемът с почистването на изграждането на външни стени става все по-важен. Системата за лазерно почистване почиства добре външните стени на сградите чрез оптични влакна. Решението с максимална дължина от 70 метра може ефективно да почиства различни замърсители върху различни камъни, метали и стъкло, като ефективността му е много по-висока от тази на конвенционалното почистване. Може също така да премахне черни петна и петна от различни камъни в сградите. Тестът за почистване на системата за лазерно почистване на сгради и каменни паметници показва, че лазерното почистване има добър ефект върху защитата на външния вид на старинни сгради.
Електронна индустрия
Електронната промишленост използва лазери за премахване на оксиди: Електронната промишленост изисква високо прецизно обеззаразяване и лазерното дезоксидиране е особено подходящо. Изводите на компонентите трябва да бъдат старателно дезоксидирани преди запояване на платката, за да се осигури оптимален електрически контакт и изводите не трябва да бъдат повредени по време на процеса на обеззаразяване. Лазерното почистване може да отговори на изискванията за употреба и ефективността е много висока и е необходимо само едно лазерно облъчване за всяка игла.
Атомна електроцентрала
Лазерните почистващи системи се използват и при почистване на реакторни тръби в атомни електроцентрали. Той използва оптично влакно за въвеждане на лазерен лъч с висока мощност в реактора за директно отстраняване на радиоактивен прах, а почистеният материал е лесен за почистване. И тъй като се управлява от разстояние, безопасността на персонала може да бъде гарантирана.
Резюме
Днешната напреднала производствена индустрия се е превърнала в командващи висоти на международната конкуренция. Като усъвършенствана система в лазерното производство, машината за лазерно почистване има голям потенциал за приложение в индустриалното развитие. Енергично развиващата се технология за лазерно почистване има много важно стратегическо значение за икономическото и социалното развитие.