Apakah pembersihan laser? Mekanisme, faedah, dan aplikasi praktikal

1. Latar Belakang Aplikasi

Dalam industri dan bidang lain, kaedah pembersihan tradisional seperti pembersihan kimia dan pengisaran mekanikal telah lama dikuasai. Pembersihan kimia mungkin menghasilkan sejumlah besar cecair sisa kimia, menyebabkan pencemaran alam sekitar, dan terdapat juga risiko kakisan kepada beberapa komponen ketepatan. Walaupun pengisaran mekanikal boleh mengeluarkan kotoran permukaan, mudah untuk merosakkan bahan asas. Ia mempunyai kesan yang buruk apabila berurusan dengan komponen bentuk kompleks, dan ia juga akan menghasilkan pencemaran habuk, menimbulkan ancaman kepada kesihatan pengendali. Selain itu, sukar untuk memenuhi keperluan pembersihan ketepatan tinggi.

Dengan perkembangan pesat industri pembuatan mewah seperti aeroangkasa, transit kereta api, dan kapal laut, keperluan untuk pembersihan komponen menjadi semakin ketat. Komponen besar dan kompleks, seperti saluran masuk enjin pesawat, badan kereta api berkelajuan tinggi, dan penutup kapal, kualiti permukaannya secara langsung mempengaruhi prestasi produk dan hayat perkhidmatan. Komponen -komponen ini bukan sahaja besar dan kompleks dalam bentuk, tetapi juga mempunyai keperluan yang sangat tinggi untuk membersihkan ketepatan, kecekapan, dan integriti permukaan. Kaedah pembersihan tradisional tidak lagi dapat memenuhi keperluan pembangunan industri pembuatan moden.

Terhadap latar belakang kesedaran global yang semakin meningkat terhadap perlindungan alam sekitar, industri pembuatan menghadapi tekanan mengurangkan pelepasan pencemaran dan penggunaan sumber. Sebagai teknologi pembersihan hijau, teknologi pembersihan laser mempunyai kelebihan seperti tiada pencemaran kimia, penggunaan tenaga yang rendah, dan pembersihan bukan hubungan. Ia secara berkesan dapat menyelesaikan masalah alam sekitar yang disebabkan oleh kaedah pembersihan tradisional, mematuhi strategi pembangunan mampan, dan permintaan aplikasi dalam pelbagai bidang menjadi semakin mendesak.

2. Teknologi pembersihan laser: Mekanisme

Pembersihan laseradalah teknologi yang menggunakan rasuk laser dengan ketumpatan tenaga tinggi untuk berinteraksi dengan permukaan bahan. Ini menyebabkan kotoran, salutan, dan lain -lain untuk dikupas atau diuraikan dari permukaan substrat, dengan itu mencapai tujuan pembersihan.

Proses pembersihan laser melibatkan pelbagai mekanisme fizikal, seperti ablasi haba, getaran tekanan, pengembangan haba, penyejatan, letupan fasa, tekanan penyejatan, dan kejutan plasma. Mekanisme ini bekerjasama untuk memisahkan objek untuk dibersihkan dari substrat, mencapai kesan pembersihan.

Menurut media pembersihan yang berbeza, pembersihan laser boleh dibahagikan kepada pembersihan kering laser, pembersihan laser basah, dan pembersihan gelombang kejutan laser.

Cucian kering laser

Cucian kering laser kini merupakan kaedah pembersihan laser yang paling banyak digunakan. Ia menggunakan rasuk laser untuk terus menyinari permukaan substrat, menyebabkan substrat menjalani pengembangan haba untuk mengatasi daya van der Waals, dengan itu mengeluarkan kotoran.

Intensiti laser:Perubahan ketumpatan tenaga laser memberi kesan kepada kesan pembersihan. Pada intensiti tenaga yang rendah, letupan penyejatan dan fasa adalah proses utama. Pada kepadatan tenaga yang tinggi, tekanan penyejatan dan kesan kejutan juga dimainkan, dan tenaga ultra tinggi boleh menyebabkan masalah seperti penjanaan plasma. Biasanya, pembersihan dilakukan pada ketumpatan tenaga yang agak rendah untuk melindungi substrat.

Panjang gelombang laser:Panjang gelombang berkaitan dengan gandingan tenaga bahan. Pada panjang gelombang pendek, ablasi fotokimia dominan, manakala pada panjang gelombang panjang, ablasi fototerma dominan. Selain itu, panjang gelombang mempengaruhi daya dan pengagihan suhu antara zarah dan substrat, sehingga mempengaruhi daya pembersihan dan kecekapan. Kesan panjang gelombang juga berbeza untuk tugas pembersihan yang berbeza.

Lebar Pulse:Mekanisme pembersihan denyutan pendek dan panjang adalah berbeza. Long - denyutan mempunyai kesan ablasi yang kuat tetapi selektiviti yang lemah, sementara denyutan pendek dapat menghasilkan suhu tinggi dan gelombang kejutan untuk menghilangkan bahan cemar dengan kerosakan yang kurang. Dalam kes lebar nadi ultra, mekanisme "ablasi" sedang bekerja.

Sudut Insiden:Apabila laser disinari secara menegak, zarah -zarah pencemar boleh menyekat laser. Penyinaran serong dapat meningkatkan kecekapan pembersihan.

Mekanisme laser cucian kering dan pengaruh parameter utama pada kesan pembersihan: a) mekanisme b) panjang gelombang c) lebar nadi d) sudut kejadian e) kejadian depan/belakang

Pembersihan laser basah

Ia dicapai melalui bantuan filem cair. Filem cecair telah diletakkan di permukaan bahan kerja untuk dibersihkan. Apabila laser menyinari secara langsung, cecair memanaskan dengan cepat, menghasilkan daya impak yang kuat, dengan itu mengeluarkan bahan cemar di permukaan substrat.

Mekanisme pembersihan laser basah

Pembersihan gelombang kejutan laser

Teknologi pembersihan gelombang kejutan laser dibahagikan kepada dua kategori: kejutan laser kering-pembersihan gelombang dan pembersihan gelombang kejutan laser hibrid.

Semasa pembersihan gelombang kejutan laser kering, laser difokuskan untuk menghasilkan plasma yang memberi kesan kepada zarah. Ini boleh mengelakkan kerosakan yang disebabkan oleh penyinaran langsung, tetapi mungkin ada tempat buta. Ia boleh diperbaiki dengan menukar sudut kejadian atau menggunakan pembersihan dwi-balok.

Pembersihan gelombang kejutan laser hibrid termasuk kaedah seperti stim, bawah air, dan kejutan laser basah. Ia menggunakan kesan cecair yang relevan untuk menghilangkan kotoran. Ia berkaitan dengan ciri -ciri seperti ketumpatan cecair, dan mempunyai pelbagai aplikasi dengan kelebihan yang jelas.

Mekanisme pembersihan gelombang kejutan laser: a) Pembersihan gelombang kejutan laser kering b) Peningkatan pembersihan gelombang kejutan laser kering b1) laser single-rasuk b2) laser dwi-beam c) Pembersihan gelombang shock laser basah.

3. Aeroangkasa: Filem oksida pada saluran pengambilan aloi titanium

Ia mempunyai kesan yang luar biasa untuk membersihkan filem oksida di permukaan saluran pengambilan aloi titanium dengan menggunakan laser nenek nanosecond. Ciri -ciri kesan terma yang rendah dapat menghalang substrat dari pengoksidaan sekunder, yang merupakan kaedah pembersihan yang lebih baik.

Mekanisme Cucian Kering:
Mekanisme utama adalah ablasi laser. Apabila tenaga laser bertindak pada filem oksida, permukaan menyerap sejumlah besar tenaga. Bergantung pada tenaga, mekanisme ablasi berubah, dan pelbagai struktur morfologi terbentuk di permukaan.

Apabila tenaga rendah, sebahagian daripada filem oksida dikeluarkan, dengan sedikit kawasan remel; Apabila tenaga sederhana, filem oksida dikeluarkan dan kerosakan diabaikan; Apabila tenaga terlalu tinggi, walaupun filem oksida dapat dikeluarkan, ia akan menyebabkan kerosakan yang besar pada substrat, dan struktur yang dibentuk dibentuk di permukaan.

Mekanisme pembersihan basah:

Pada ketumpatan tenaga yang lebih rendah, mekanisme pembersihan adalah gelombang kejutan yang disebabkan oleh laser. Pada ketumpatan tenaga yang lebih tinggi, ia adalah sebahagian besar ablasi laser dan letupan fasa. Semasa proses pembersihan, aloi titanium dengan cepat disejukkan dan dipanaskan untuk membentuk aloi titanium martensit. Apabila ketumpatan tenaga meningkat kepada nilai tertentu, permukaan menjadi permukaan protrusi berstruktur nano, dan struktur nano ini sangat penting untuk penggunaan bahan aloi titanium berikutnya.

Kesan pembersihan laser dan mekanisme filem oksida di permukaan saluran pengambilan aloi titanium aeroangkasa: a) morfologi permukaan aloi titanium selepas pembersihan b) Mekanisme utama laser kering cucian kering titanium aloi oksida filem c) Mekanisme utama laser basah pembersihan titanium aloi oksida.

4. Keretapi berkelajuan tinggi: Cat pada badan kereta aloi aluminium
 

Ketebalan cat dan kaedah pembersihan:

Untuk pembersihan cat pada badan kereta aloi aluminium kelajuan tinggi, warna dan ketebalan cat yang berbeza memerlukan kaedah pembersihan laser yang sesuai.

Mesin pembersih laser serat 3000W CW

Cat nipis (ketebalan kurang daripada atau sama dengan 40μm): Lebih baik memilih sumber cahaya laser dengan kadar penyerapan cat yang lebih rendah dan keluarkannya melalui getaran haba;
Cat tebal: Perlu memilih sumber cahaya laser dengan kadar penyerapan cat yang lebih tinggi dan keluarkannya menggunakan mekanisme ablasi.

Pelucutan cat merah:
Mekanisme pelucutan utama untuk cat merah adalah mekanisme getaran.

Semasa proses pembersihan, tenaga laser menembusi substrat, dan tekanan terma yang dihasilkan oleh kenaikan suhu substrat menyebabkan cat jatuh, dan keseluruhan lapisan cat dapat dikeluarkan, dengan cat sisa pada permukaan aloi aluminium yang menunjukkan morfologi bersih seperti longgar.

Penyingkiran cat biru:
Di bawah input tenaga laser yang sama, suhu cat biru lebih tinggi daripada cat merah, tetapi tekanan terma substrat lebih rendah daripada cat merah. Apabila suhu cat mencapai titik mendidih, cat dikeluarkan oleh penyejatan, dan terdapat juga mekanisme yang ditambah seperti retak lapisan, pembakaran, dan kejutan plasma.

Kesan pembersihan laser dan mekanisme cat di permukaan badan kereta aloi aluminium kelajuan tinggi: a) morfologi permukaan aloi aluminium selepas pembersihan b) Mekanisme utama laser kering laser cat biru/merah pada permukaan aloi aluminium.
 

5. Kapal: Karat di permukaan kapal keluli keluli berkekuatan tinggi
 

Pembersihan penyingkiran karat kering
Dalam proses pembersihan penyingkiran karat kering untuk badan kapal keluli kekuatan tinggi, mekanisme penyingkiran utama adalah pengewapan filem oksida disebabkan oleh penyerapan tenaga. Apabila oksida permukaan menguap dan menguap, daya tindak balas ke bawah dihasilkan, yang membantu menghilangkan filem oksida yang lebih tebal.

Pembuangan karat laser yang dibantu oleh filem cecair
Mekanisme utama penyingkiran karat laser yang dibantu oleh filem cecair adalah letupan fasa yang disebabkan oleh titisan yang menyerap tenaga, menghasilkan daya impak untuk menghilangkan lapisan karat.

Kesan mendidih letupan filem cecair meningkatkan kesan mekanisme letupan fasa terhadap penyingkiran karat, membolehkan penyingkiran filem oksida permukaan yang lebih baik, tetapi ia tidak berkesan dalam mengeluarkan oksida yang dikebumikan lebih mendalam.

Mekanisme penyingkiran lapisan karat yang berbeza mempengaruhi aliran logam cair di permukaan. Tujahan sisi yang dihasilkan oleh letupan fasa dapat menggalakkan aliran lapisan cair, menjadikan permukaannya lebih lancar, sementara wap oksida yang dihasilkan oleh mekanisme pengewapan dapat mempengaruhi pengisian lubang oleh logam cecair.

Pembersihan laser karat pada permukaan kapal keluli keluli berkekuatan tinggi: a) Morfologi permukaan keluli berkekuatan tinggi selepas pembersihan b) mekanisme utama laser kering/basah pembersihan karat di permukaan kapal keluli keluli kekuatan tinggi.

6. Lautan: Mikroorganisma Marin pada Permukaan Aloi Aluminium

Parameter laser dan kesan pembersihan:

Laser dengan lebar nadi sempit dan kuasa puncak yang tinggi mempunyai kesan pembersihan yang lebih baik pada mikroorganisma laut pada permukaan aloi aluminium.

Mekanisme penyingkiran mikroorganisma:
Mekanisme penyingkiran laser untuk lapisan bahan polimer ekstrasel (EPS) dan substrat barnacle adalah pengewapan ablasi dan pelucutan gelombang kejutan. Semasa proses penyerapan multiphoton, rantaian tunggal makromolekul mikroba memecah, mereput untuk menghasilkan sejumlah besar atom. Selepas pengionan, di bawah tindakan gabungan kejutan plasma dan mekanisme ablasi, mikroorganisma laut boleh dikeluarkan dengan lebih baik.

Bagi bahan organik seperti cat dan mikroorganisma marin, pada ketumpatan tenaga laser yang rendah, tindak balas fotokimia menyebabkan ikatan kimia mereka pecah, manifestasi sebagai kemerosotan, perubahan warna, kehilangan aktiviti, dan sebagainya. Apabila ketumpatan tenaga meningkat, fenomena seperti ablasi, pengewapan, pembakaran, dan kekejangan.

Bagi bahan bukan organik seperti filem oksida dan karat, tidak ada perubahan pada kepadatan tenaga yang rendah, dan ablasi dan pengewapan berlaku selepas peningkatan tenaga.

Kesan pembersihan laser dan mekanisme mikroorganisma laut pada permukaan aloi aluminium.

7. Pembersihan laser peninggalan budaya
 

Pembersih laser berdenyut mempunyai aplikasi penting dalam perlindungan relik budaya, memenuhi keperluan untuk pembersihan kebudayaan yang tidak merosakkan dan ketepatan tinggi, seperti batu, kertas, dan artifak logam.

Pembersih laser berdenyut 200w 200w

Aplikasi biasa pembersihan laser berdenyut dalam peninggalan budaya:

Artifak Batu:

a) Patung Odysseus Roman Marmar Kuno: A1) sebelum membersihkan A2) setelah membersihkannya

b) Sarcophagus marmar Rom: b1) sebelum membersihkan b2) selepas pembersihan

c) Sculptures Relief Kuil Acropolis Parthenon Greek

Artifak Kertas:
d) Lukisan Minyak Abad ke-15 "Kristus Sebelum Pilate": D1) sebelum membersihkan D2) selepas pembersihan

e) lukisan minyak moden abad ke-19 "adegan memburu": e1) sebelum membersihkan e2) selepas pembersihan
 

Artifak logam:
f) Arca Gangsa Universiti Illinois: F1) sebelum membersihkan F2) selepas pembersihan

g) senapang memburu perak: g1) sebelum membersihkan g2) setelah membersihkan

h) Tentera Emas Ketenteraan abad ke-19: H1) sebelum membersihkan H2) dibersihkan sepenuhnya H3)

Artifak lain:
i) bingkai kayu berlapis abad ke-19: i1) sebelum membersihkan i2) selepas pembersihan

j) Rotan Afrika abad ke-19: J1) sebelum membersihkan J2) selepas pembersihan

k) Kapal Kaca Mesir Kuno: K1) sebelum membersihkan k2) selepas pembersihan