En els darrers anys, la neteja amb làser s'ha convertit en un dels punts de recerca més importants en el camp de la fabricació industrial, i la recerca abasta el procés, la teoria, l'equipament i les aplicacions. En aplicacions industrials, la tecnologia de neteja amb làser ha estat capaç de netejar de manera fiable un gran nombre de superfícies de substrats diferents, netejant objectes com ara acer, alumini, titani, vidre i materials compostos, etc., amb aplicacions en indústries com ara l'aeroespacial, l'aviació, el transport marítim, el ferrocarril d'alta velocitat, l'automoció, el motlle, l'energia nuclear i el sector marítim, entre d'altres.
La tecnologia de neteja làser, que data de la dècada de 1960, té els avantatges d'un bon efecte de neteja, una àmplia gamma d'aplicacions, alta precisió, sense contacte i accessibilitat. En la fabricació industrial, la producció i el manteniment, entre altres camps, tenen una àmplia gamma de perspectives d'aplicació i s'espera que substitueixi parcialment o completament els mètodes de neteja tradicionals i esdevingui la tecnologia de neteja verda més prometedora del segle XXI.
Mètode de neteja amb làser
El procés de neteja amb làser és molt complex i implica diversos mecanismes d'eliminació de material. En un mètode de neteja amb làser, el procés de neteja pot contenir diversos mecanismes alhora, principalment atribuïbles a la interacció entre el làser i el material, com ara l'ablació superficial del material, la descomposició, la ionització, la degradació, la fusió, la combustió, la vaporització, la vibració, la polvorització, l'expansió, la contracció, l'explosió, el pelat, el despreniment i altres canvis físics i químics.
Actualment, els mètodes típics de neteja amb làser són principalment tres: la neteja per ablació làser, la neteja amb làser assistida per pel·lícula líquida i els mètodes de neteja per ones de xoc làser.
Mètode de neteja per ablació làser
Els principals mecanismes metodològics són l'expansió tèrmica, la vaporització, l'ablació i l'explosió de fase. El làser actua directament sobre el material que s'ha d'eliminar de la superfície del substrat i les condicions ambientals poden ser aire, gas enrarit o buit. Les condicions d'operació són simples i s'utilitzen més àmpliament per eliminar una varietat de recobriments, pintures, partícules o brutícia. El diagrama següent mostra el diagrama del procés per al mètode de neteja per ablació làser.
Quan el làser irradia la superfície del material, el substrat i els materials de neteja experimenten la primera expansió tèrmica. Amb l'augment del temps d'interacció del làser amb el material de neteja, si la temperatura és inferior al llindar de cavitació del material de neteja, el material de neteja només experimenta un procés de canvi físic. La diferència entre el coeficient d'expansió tèrmica del material de neteja i el substrat provoca pressió a la interfície, que fa que el material de neteja es deformi, esquinça de la superfície del substrat, s'esquerdi, es trenqui mecànicament, es trenqui per vibració, etc. El material de neteja s'elimina mitjançant un raig o es peli de la superfície del substrat.
Si la temperatura és superior a la temperatura llindar de gasificació del material de neteja, hi haurà dues situacions: 1) el llindar d'ablació del material de neteja és inferior al del substrat; 2) el llindar d'ablació del material de neteja és superior al del substrat.
Aquests dos casos de materials de neteja són la fusió, la cavitació i l'ablació i altres canvis fisicoquímics. El mecanisme de neteja és més complex, a més dels efectes tèrmics, però també pot incloure la ruptura de l'enllaç molecular entre els materials de neteja i els substrats, la descomposició o degradació dels materials de neteja, l'explosió de fase, la gasificació dels materials de neteja, la ionització instantània i la generació de plasma.
(1)Neteja làser assistida per pel·lícula líquida
El mecanisme del mètode té principalment vaporització i vibració de pel·lícula líquida en ebullició, etc. L'ús de la necessitat de triar la longitud d'ona del làser adequada, d'una manera que compensa la manca de pressió d'impacte en el procés de neteja per ablació làser, es pot utilitzar per eliminar alguns dels objectes de neteja més difícils d'eliminar.
Com es mostra a la figura següent, la pel·lícula líquida (aigua, etanol o altres líquids) es recobreix prèviament a la superfície de l'objecte de neteja i després s'utilitza el làser per irradiar-la. La pel·lícula líquida absorbeix l'energia del làser, cosa que provoca una forta explosió del medi líquid, l'explosió del líquid bullent a alta velocitat, la transferència d'energia als materials de neteja de la superfície, una força explosiva transitòria elevada és suficient per eliminar la brutícia de la superfície i aconseguir els propòsits de neteja.
El mètode de neteja làser assistit per pel·lícula líquida té dos desavantatges.
Procés feixuc i difícil de controlar.
A causa de l'ús de pel·lícula líquida, la composició química de la superfície del substrat després de la neteja és fàcil de canviar i generar noves substàncies.
(1)Mètode de neteja tipus ona de xoc làser
L'enfocament i el mecanisme del procés són molt diferents dels dos primers. El mecanisme és principalment l'eliminació de la força de l'ona de xoc. La neteja d'objectes consisteix principalment en partícules, principalment per a l'eliminació de partícules (submicròniques o nanoescala). Els requisits del procés són molt estrictes, tant per garantir la capacitat d'ionitzar l'aire com per mantenir una distància adequada entre el làser i el substrat per garantir que l'acció de la força d'impacte sobre les partícules sigui prou gran.
A continuació es mostra el diagrama esquemàtic del procés de neteja per ones de xoc làser. El làser és paral·lel a la direcció de la superfície del substrat, sense que el substrat entri en contacte. Moveu la peça o el capçal làser per ajustar l'enfocament del làser a la partícula propera a la sortida del làser. Es produirà el fenomen d'ionització de l'aire al punt focal, cosa que provocarà ones de xoc. Les ones de xoc s'expandiran ràpidament de manera esfèrica i s'allargaran fins al contacte amb les partícules. Quan el moment del component transversal de l'ona de xoc sobre la partícula sigui més gran que el moment del component longitudinal i la força d'adhesió de les partícules, la partícula s'eliminarà mitjançant laminació.
Tecnologia de neteja làser
El mecanisme de neteja amb làser es basa principalment en la superfície de l'objecte després de l'absorció d'energia làser, o vaporització i volatilització, o expansió tèrmica instantània per superar l'adsorció de partícules a la superfície, de manera que l'objecte de la superfície i després aconsegueix el propòsit de neteja.
Resumit aproximadament com: 1. descomposició de vapor làser, 2. decapat làser, 3. expansió tèrmica de partícules de brutícia, 4. vibració de la superfície del substrat i vibració de partícules quatre aspectes
En comparació amb el procés de neteja tradicional, la tecnologia de neteja làser té les següents característiques.
1. És una neteja "en sec", sense solució de neteja ni altres solucions químiques, i la neteja és molt superior al procés de neteja química.
2. L'abast de l'eliminació de la brutícia i la gamma de substrats aplicables és molt ampli, i
3. Mitjançant la regulació dels paràmetres del procés làser, no es pot danyar la superfície del substrat sobre la base de l'eliminació eficaç dels contaminants, és la superfície com nova.
4. La neteja amb làser pot ser fàcilment automatitzada.
5. L'equip de descontaminació làser es pot utilitzar durant molt de temps i té un cost operatiu baix.
6. La tecnologia de neteja làser és: verda: el procés de neteja, elimina els residus és una pols sòlida, de mida petita, fàcil d'emmagatzemar, bàsicament no contamina el medi ambient.
A la dècada de 1980, el ràpid desenvolupament de la indústria dels semiconductors a la superfície de la màscara de les oblies de silici va plantejar uns requisits més elevats per a la tecnologia de neteja de partícules contaminants. El punt clau és superar la contaminació de les micropartícules i el substrat entre la gran força d'adsorció. La neteja química tradicional, la neteja mecànica i els mètodes de neteja per ultrasons no poden satisfer la demanda, i la neteja amb làser pot resoldre aquests problemes de contaminació. S'han desenvolupat ràpidament investigacions i aplicacions relacionades.
El 1987, va aparèixer la primera sol·licitud de patent sobre la neteja amb làser. A la dècada de 1990, Zapka va aplicar amb èxit la tecnologia de neteja amb làser al procés de fabricació de semiconductors per eliminar micropartícules de la superfície de la màscara, donant lloc a l'aplicació primerenca de la tecnologia de neteja amb làser en el camp industrial. El 1995, els investigadors van utilitzar un làser TEA-CO2 de 2 kW per aconseguir amb èxit la neteja i l'eliminació de pintura del fuselatge dels avions.
Després d'entrar al segle XXI, amb el desenvolupament d'alta velocitat dels làsers de pols ultracurt, la investigació i l'aplicació nacionals i estrangeres de la tecnologia de neteja làser van augmentar gradualment, centrant-se en la superfície de materials metàl·lics. Les aplicacions típiques a l'estranger són l'eliminació de pintura del fuselatge dels avions, el desgreixatge de la superfície del motlle, l'eliminació de carboni intern del motor i la neteja de la superfície de les juntes abans de la soldadura. La neteja làser de l'Institut de Soldadura Edison dels EUA de l'avió de guerra FG16, quan la potència del làser és d'1 kW, el volum de neteja és de 2,36 cm3 per minut.
Val a dir que la investigació i l'aplicació de l'eliminació de pintura làser en peces compostes avançades també és un punt calent important. Les pales de l'hèlix de l'helicòpter HG53 i HG56 de la Marina dels EUA i la cua plana i altres superfícies compostes del caça F16 han estat aplicades a l'eliminació de pintura làser, mentre que les aplicacions de materials compostos xinesos en aeronaus arriben tard, de manera que aquesta investigació bàsicament està en blanc.
A més, l'ús de la tecnologia de neteja làser per al tractament de la superfície composta CFRP de la unió abans d'enganxar-la per millorar la resistència de la unió també és un dels focus de recerca actuals. L'empresa està adaptant el làser a la línia de producció de cotxes Audi TT per proporcionar equips de neteja làser de fibra per netejar la superfície de la pel·lícula d'òxid del marc de la porta d'aliatge d'alumini lleuger. Rolls G Royce UK utilitza la neteja làser per netejar la pel·lícula d'òxid a la superfície dels components de motors aeronàutics de titani.
La tecnologia de neteja làser s'ha desenvolupat ràpidament en els darrers dos anys, tant si es tracta dels paràmetres del procés de neteja làser com del mecanisme de neteja, la investigació d'objectes de neteja o l'aplicació de la investigació, ha fet grans progressos. Després de molta investigació teòrica, la tecnologia de neteja làser s'ha centrat constantment en l'aplicació de la investigació i en l'aplicació de resultats prometedors. En el futur, la tecnologia de neteja làser en la protecció de relíquies culturals i obres d'art s'utilitzarà més àmpliament i el seu mercat serà molt ampli. Amb el desenvolupament de la ciència i la tecnologia, l'aplicació de la tecnologia de neteja làser a la indústria s'està convertint en una realitat i l'àmbit d'aplicació és cada cop més extens.
L'empresa d'automatització làser Maven s'ha centrat en la indústria del làser durant 14 anys, ens especialitzem en el marcatge làser, tenim una màquina de neteja làser per a armaris de màquines, una màquina de neteja làser per a maletes de carro, una màquina de neteja làser per a motxilles i una màquina de neteja làser tres en un, a més, també tenim una màquina de soldadura làser, una màquina de tall per làser i una màquina de gravat de marcatge làser, si esteu interessats en la nostra màquina, podeu seguir-nos i no dubteu a contactar amb nosaltres.
Data de publicació: 14 de novembre de 2022
