В последние годы лазерная очистка стала одной из горячих точек исследований в области промышленного производства, исследования охватывают процесс, теорию, оборудование и приложения. В промышленности технология лазерной очистки позволяет надежно очищать большое количество различных поверхностей подложек, очищать объекты, включая сталь, алюминий, титан, стекло и композитные материалы и т. д., а также в таких отраслях, как аэрокосмическая, авиационная, морская, высокоскоростная. железнодорожная, автомобильная, плесень, атомная энергетика, морская и другие области.
Технология лазерной очистки, появившаяся в 1960-х годах, имеет такие преимущества, как хороший очищающий эффект, широкий спектр применения, высокая точность, бесконтактность и доступность. В промышленном производстве, производстве, обслуживании и других областях есть широкий спектр перспектив применения, ожидается, что они частично или полностью заменят традиционные методы очистки и станут наиболее многообещающей технологией «зеленой» очистки в 21 веке.
Лазерный метод очистки
Процесс лазерной очистки очень сложен и включает в себя множество механизмов удаления материала. Для метода лазерной очистки в процессе очистки могут одновременно существовать различные механизмы, что в основном связано с взаимодействием между лазером и материалом, в том числе абляция поверхности материала, разложение, ионизация, деградация, плавление, горение, испарение, вибрация, распыление, расширение, усадка, взрыв, отслаивание, осыпание и другие физические и химические изменения. процесс.
В настоящее время типичными методами лазерной очистки являются в основном три: лазерная абляционная очистка, лазерная очистка с помощью жидкой пленки и методы лазерной ударно-волновой очистки.
Метод лазерной абляции
Основными методическими механизмами являются тепловое расширение, испарение, абляция и фазовый взрыв. Лазер воздействует непосредственно на материал, который необходимо удалить с поверхности подложки, а окружающая среда может быть воздухом, разреженным газом или вакуумом. Условия эксплуатации просты и наиболее широко используются для удаления различных покрытий, красок, частиц или грязи. На диаграмме ниже показана технологическая схема метода лазерной абляции.
При лазерном облучении на поверхности материала, подложки и чистящих материалов происходит первое тепловое расширение. С увеличением времени взаимодействия лазера с чистящим материалом, если температура ниже порога кавитации чистящего материала, происходит только физический процесс изменения чистящего материала, разница между чистящим материалом и коэффициентом теплового расширения подложки приводит к возникновению давления на границе раздела. , коробление чистящего материала, отрыв от поверхности подложки, растрескивание, механическое разрушение, вибрационное дробление и т. д., чистящий материал удаляется струей или сдирается с поверхности подложки.
Если температура выше пороговой температуры газификации чистящего материала, возникнут две ситуации: 1) порог абляции чистящего материала меньше, чем подложки; 2) порог абляции чистящего материала больше, чем подложки.
Этими двумя случаями чистящих материалов являются плавление, кавитация и абляция и другие физико-химические изменения, механизм очистки является более сложным, помимо теплового воздействия, но также может включать в себя чистящие материалы и подложки между разрывом молекулярных связей, разложение или деградацию чистящих материалов, фазу взрыв, очистка материалов, газификация, мгновенная ионизация, генерация плазмы.
(1)Лазерная очистка с использованием жидкой пленки
Механизм метода в основном включает в себя испарение, вибрацию и кипение жидкой пленки и т. д. Использование необходимости выбора соответствующей длины волны лазера, чтобы компенсировать отсутствие ударного давления в процессе очистки лазерной абляции, может быть использовано для удаления некоторые из наиболее трудно удаляемых объектов очистки.
Как показано на рисунке ниже, жидкую пленку (воду, этанол или другие жидкости) предварительно покрывают поверхностью очищаемого объекта, а затем облучают ее лазером. Жидкая пленка поглощает энергию лазера, что приводит к сильному взрыву жидких сред, взрыву кипящей жидкости, высокоскоростному движению, передаче энергии к материалам для очистки поверхности, высокой переходной взрывной силе, достаточной для удаления поверхностной грязи для достижения целей очистки.
Метод лазерной очистки с использованием жидкой пленки имеет два недостатка.
Громоздкий процесс и трудно контролировать процесс.
Благодаря использованию жидкой пленки химический состав поверхности подложки после очистки легко меняется и генерирует новые вещества.
(1)Метод очистки ударно-волновым лазером
Подход и механизм процесса сильно отличаются от первых двух, механизм в основном представляет собой удаление силы ударной волны, объекты очистки - это в основном частицы, в основном для удаления частиц (субмикронных или наноразмерных). Требования к процессу очень строгие, как для обеспечения способности ионизировать воздух, так и для поддержания подходящего расстояния между лазером и подложкой, чтобы гарантировать, что воздействие на частицы ударной силы будет достаточно большим.
Принципиальная схема процесса лазерной ударно-волновой очистки показана ниже: лазер движется параллельно направлению поверхности подложки, а подложка не вступает в контакт. Переместите заготовку или лазерную головку, чтобы отрегулировать фокус лазера на частицу рядом с выходом лазера, произойдет фокальная точка явления ионизации воздуха, что приведет к ударным волнам, ударным волнам к быстрому расширению сферического расширения и расширению до контакта с частицами. Когда момент поперечной составляющей ударной волны на частице превышает момент продольной составляющей и силу сцепления частицы, частица будет удалена прокаткой.
Технология лазерной очистки
Механизм лазерной очистки в основном основан на поверхности объекта после поглощения лазерной энергии, испарения и улетучивания или мгновенного теплового расширения для преодоления адсорбции частиц на поверхности, чтобы объект отделился от поверхности, а затем достиг цель очистки.
Грубо говоря: 1. лазерное разложение паров, 2. лазерное зачистка, 3. тепловое расширение частиц грязи, 4. вибрация поверхности подложки и четыре аспекта вибрации частиц.
По сравнению с традиционным процессом очистки технология лазерной очистки имеет следующие характеристики.
1. Это «сухая» чистка, без чистящих растворов или других химических растворов, а чистота намного выше, чем при химической чистке.
2. Объем удаления грязи и диапазон применяемых подложек очень широк, и
3. Благодаря регулированию параметров лазерного процесса невозможно повредить поверхность подложки за счет эффективного удаления загрязнений, поверхность становится как новая.
4. Лазерную очистку можно легко автоматизировать.
5. Оборудование для лазерной дезактивации можно использовать в течение длительного времени, низкие эксплуатационные расходы.
6. Технология лазерной очистки: зеленая: процесс очистки, устранение отходов представляет собой твердый порошок, небольшой размер, легко хранить, в основном не загрязняет окружающую среду.
В 1980-х годах быстрое развитие полупроводниковой промышленности на поверхности частиц загрязнения кремниевой пластины маски технологии очистки выдвинуло более высокие требования, ключевым моментом является преодоление загрязнения микрочастиц и подложки между большой силой адсорбции. традиционная химическая очистка, механическая очистка, методы ультразвуковой очистки не могут удовлетворить спрос, а лазерная очистка может решить такие проблемы загрязнения, соответствующие исследования и приложения были быстро разработаны.
В 1987 году появилась первая заявка на патент на лазерную очистку. В 1990-х годах Запка успешно применил технологию лазерной очистки в процессе производства полупроводников для удаления микрочастиц с поверхности маски, осуществив раннее применение технологии лазерной очистки в промышленной сфере. В 1995 году исследователи использовали TEA-CO2-лазер мощностью 2 кВт для успешной очистки и удаления краски с фюзеляжа самолета.
После вступления в 21 век, с быстрым развитием ультракоротких импульсных лазеров, отечественные и зарубежные исследования и применение технологий лазерной очистки постепенно увеличивались, уделяя особое внимание поверхности металлических материалов, типичными зарубежными применениями являются удаление краски с фюзеляжа самолета, плесень. обезжиривание поверхностей, удаление нагара внутри двигателя и очистка поверхностей соединений перед сваркой. Лазерная очистка американского института сварки Эдисона военного самолета FG16 при мощности лазера 1 кВт, объем очистки 2,36 см3 в минуту.
Стоит отметить, что исследования и применение лазерного удаления краски с современных композитных деталей также являются важной горячей точкой. Лопасти пропеллера вертолета HG53, HG56 ВМС США, плоское хвостовое оперение истребителя F16 и другие композитные поверхности были реализованы для лазерного удаления краски, в то время как композитные материалы в Китае в авиационных применениях запаздывают, поэтому такие исследования в основном находятся в запустении.
Кроме того, использование технологии лазерной очистки для обработки поверхности соединения углепластика перед склеиванием для повышения прочности соединения также является одним из направлений текущих исследований. Адаптировать лазерную компанию к производственной линии автомобилей Audi TT, чтобы предоставить оборудование для очистки волоконным лазером для очистки поверхности легкой оксидной пленки дверной рамы из алюминиевого сплава. Компания Rolls G Royce UK использовала лазерную очистку для очистки оксидной пленки на поверхности титановых компонентов авиационного двигателя.
Технология лазерной очистки быстро развивалась за последние два года, будь то параметры процесса лазерной очистки и механизм очистки, исследование объекта очистки или применение исследований добились большого прогресса. Технология лазерной очистки после большого количества теоретических исследований, фокус ее исследований постоянно смещается в сторону применения исследований и применения многообещающих результатов. В будущем технология лазерной очистки при защите культурных реликвий и произведений искусства будет использоваться более широко, и ее рынок очень широк. С развитием науки и техники применение технологии лазерной очистки в промышленности становится реальностью, а сфера применения становится все более обширной.
Компания по лазерной автоматизации Maven занимается лазерной промышленностью уже 14 лет. Мы специализируемся на лазерной маркировке, у нас есть машина для лазерной очистки машинного шкафа, машина для лазерной очистки корпусов тележек, машина для лазерной очистки рюкзаков и машина для лазерной очистки «три в одном», кроме того, у нас также есть станок для лазерной сварки, станок для лазерной резки и гравировальный станок для лазерной маркировки. Если вы заинтересованы в нашей машине, вы можете следить за нами и обращаться к нам.
Время публикации: 14 ноября 2022 г.
