Tipptasemel tootmine ning energiasääst ja heitkoguste vähendamine vajavad üha tungivamalt täiustatud protsesse.Tööstusliku pinnatöötluse osas on tungiv vajadus tehnoloogia ja protsesside põhjaliku ajakohastamise järele.Traditsioonilistel tööstuslikel puhastusprotsessidel, nagu mehaaniline hõõrdpuhastus, keemiline korrosioonipuhastus, tugev löökpuhastus, kõrgsageduslik ultrahelipuhastus, pole mitte ainult pikk puhastustsükkel, vaid neid on raske automatiseerida, neil on kahjulik mõju keskkonnale ja need ei suuda saavutada soovitud puhastusefekt.See ei suuda hästi rahuldada peentöötluse vajadusi.
Täppislaserpuhastusmasinad: tööstusliku puhastamise häirijad
Kuna aga keskkonnakaitse, kõrge efektiivsuse ja suure täpsuse vahelised vastuolud muutuvad üha esilekerkivamaks, on traditsioonilised tööstuslikud puhastusmeetodid suure väljakutse all.Samas on tekkinud erinevaid keskkonnahoidlikke ja ultraviimistluse valdkonna detailidele sobivaid puhastustehnoloogiaid ning laserpuhastustehnoloogia on üks neist.
Laserpuhastuse kontseptsioon
Laserpuhastus on tehnoloogia, mis kasutab fokuseeritud laserit, mis toimib materjali pinnal, et kiiresti aurustada või eemaldada pinnal olevad saasteained, et puhastada materjali pind.Võrreldes erinevate traditsiooniliste füüsikaliste või keemiliste puhastusmeetoditega on laserpuhastusel kontakti puudumine, kulumaterjalide puudumine, saaste puudumine, kõrge täpsus, kahjustuste või väikeste kahjustuste puudumine ning see on ideaalne valik uue põlvkonna tööstusliku puhastustehnoloogia jaoks.
Laserpuhastusmasina tööpõhimõte
Laserpuhastusmasina põhimõte on keerulisem ja võib hõlmata nii füüsikalisi kui ka keemilisi protsesse.Paljudel juhtudel on põhiprotsess füüsikalised protsessid, millega kaasnevad mõned keemilised reaktsioonid.Peamised protsessid võib liigitada kolme kategooriasse, sealhulgas gaasistamisprotsess, löökprotsess ja võnkeprotsess.
Gaasistamisprotsess
Kui suure energiaga laserit kiiritatakse materjali pinnale, neelab pind laseri energia ja muudab selle siseenergiaks, nii et pinnatemperatuur tõuseb kiiresti ja jõuab üle materjali aurustumistemperatuuri, nii et saasteained eraldub materjali pinnast auru kujul.Selektiivne aurustamine toimub tavaliselt siis, kui laseri valguse neeldumiskiirus pinna saasteainete poolt on oluliselt kõrgem kui substraadil.Tüüpiline kasutusjuht on kivipindade mustuse puhastamine.Nagu on näidatud alloleval joonisel, on kivi pinnal olevatel saasteainetel laser tugev neeldumine ja need aurustuvad kiiresti.Saasteainete eemaldamisel ja laseri kiiritamisel kivipinnale on neeldumine nõrk, kivipinnale hajub rohkem laserenergiat, kivipinna temperatuurimuutus on väike ja kivipind on kaitstud kahjustuste eest.
Tüüpiline kemikaalidel põhinev protsess toimub siis, kui ultraviolettriba laserit kasutatakse orgaaniliste saasteainete puhastamiseks, mida nimetatakse laserablatsiooniks.Ultraviolettlaseritel on lühike lainepikkus ja kõrge footonite energia.Näiteks KrF eksimeerlaserite lainepikkus on 248 nm ja footonite energia koguni 5 eV, mis on 40 korda suurem kui CO2 laseri footonite energia (0,12 eV).Nii kõrgest footonenergiast piisab orgaanilise aine molekulaarsete sidemete hävitamiseks, nii et orgaanilistes saasteainetes olevad CC, CH, CO jne purunevad pärast laseri footonenergia neelamist, mille tulemuseks on pürolüüsi gaasistumine ja eemaldamine pinnalt.
Šokiprotsess
Löökprotsess on reaktsioonide jada, mis tekivad laseri ja materjali vastasmõju käigus ning seejärel tekib materjali pinnale lööklaine.Lööklaine mõjul pinnasaaste lagunevad ja muutuvad pinnalt koorunud tolmuks või prahiks.Lööklaineid põhjustavad paljud mehhanismid, sealhulgas plasma, aur ning kiire soojuspaisumine ja kokkutõmbumine.Plasma lööklaine näitel on võimalik lühidalt mõista, kuidas laserpuhastuse löökprotsess eemaldab pinna saasteained.Äärmiselt lühikese impulsi laiusega (ns) ja ülikõrge tippvõimsusega (107–1010 W/cm2) laserite kasutamisel tõuseb pinnatemperatuur järsult isegi siis, kui pind neelab laserit kergelt, saavutades hetkega aurustumistemperatuuri.Ülalpool tekkis aur materjali pinna kohal, nagu on näidatud järgmise joonise punktis a.Auru temperatuur võib ulatuda 104–105 K-ni, mis võib auru enda või ümbritseva õhu ioniseerida, moodustades plasma.Plasma blokeerib laseri jõudmise materjali pinnale ja materjali pinna aurustumine võib peatuda, kuid plasma neelab jätkuvalt laserenergiat ja temperatuur jätkab tõusmist, moodustades lokaliseeritud oleku ülikõrge temperatuur ja kõrge rõhk, mis tekitab materjali pinnale hetkeliselt 1-100 kbar.Löök kandub järk-järgult üle materjali sisemusse, nagu on näidatud allolevatel joonistel (b) ja (c).Lööklaine toimel lagunevad pinnasaasteained pisikesteks tolmuks, osakesteks või kildudeks.Kui laser liigutatakse kiiritusasendist eemale, kaob plasma ja lokaalselt tekib alarõhk ning saasteainete osakesed või praht eemaldatakse pinnalt, nagu on näidatud alloleval joonisel (d).
Võnkumisprotsess
Lühikeste impulsside toimel on materjali kuumenemis- ja jahutusprotsessid ülikiired.Kuna erinevatel materjalidel on erinevad soojuspaisumiskoefitsiendid, siis lühiimpulsslaseriga kiiritades läbivad pinna saasteained ja põhimik erineval määral kõrgsageduslikku soojuspaisumist ja kokkutõmbumist, mille tulemuseks on võnkumine, mille tulemusel saasteained kooruvad pinnalt maha. materjal.Selle koorimisprotsessi ajal ei pruugi materjal aurustuda ja plasma ei pruugi tekkida.Selle asemel hävitab saasteaine ja substraadi kokkupuutepinnal võnkumise mõjul tekkiv nihkejõud sideme saasteaine ja substraadi vahel..Uuringud on näidanud, et kui laseri langemisnurka veidi suurendatakse, saab kontakti laseri ja osakeste saastumise ning substraadi liidese vahel suurendada, laserpuhastuse läve saab vähendada, võnkeefekt on ilmsem ja puhastamise efektiivsus on kõrgem.Kuid langemisnurk ei tohiks olla liiga suur.Liiga suur langemisnurk vähendab materjali pinnale mõjuvat energiatihedust ja nõrgestab laseri puhastusvõimet.
Laserpuhastusvahendite tööstuslikud rakendused
Hallitustööstus
Laserpuhastaja saab teostada vormi pinna kontaktivaba puhastamist, mis on vormi pinnale väga ohutu, tagab selle täpsuse ja suudab puhastada alla mikroniseid mustuseosakesi, mida ei saa traditsiooniliste puhastusmeetoditega eemaldada. saavutada tõeliselt saastevaba, tõhus ja kvaliteetne puhastus.
Täppisinstrumentide tööstus
Täppismasinatööstuses on sageli vaja osadelt eemaldada määrimiseks ja korrosioonikindluseks kasutatavad estrid ja mineraalõlid, tavaliselt keemiliselt ning keemiline puhastus jätab sageli jääke.Laserdesesterdamine võib täielikult eemaldada estrid ja mineraalõlid ilma detailide pinda kahjustamata.Laser soodustab detaili pinnal oleva õhukese oksiidikihi plahvatuslikku gaasistamist, moodustades lööklaine, mille tulemuseks on pigem saasteainete eemaldamine kui mehaaniline interaktsioon.
Raudteetööstus
Praegu kasutatakse kogu rööbaste keevituseelsel puhastamisel lihvketta ja abrasiivlindi lihvimistüüpi puhastust, mis põhjustab aluspinnale tõsiseid kahjustusi ja tõsist jääkpinget ning kulutab igal aastal palju lihvketta kulumaterjale, mis on kulukas ja põhjustab tõsiseid tagajärgi. tolmu saastamine keskkonda.Laserpuhastus võib pakkuda kvaliteetset ja tõhusat rohelist puhastustehnoloogiat minu riigi kiirraudtee rajamise tootmiseks, lahendada ülaltoodud probleemid, kõrvaldada keevitusvead, nagu õmblusteta rööpaaugud ja hallid laigud, ning parandada minu kodumaa kõrgete kohtade stabiilsust ja ohutust. - kiirraudtee opereerimine.
Lennutööstus
Lennuki pind tuleb teatud aja möödudes üle värvida, kuid algne vana värv tuleb enne värvimist täielikult eemaldada.Keemiline leotamine/pühkimine on lennunduses peamine värvieemaldusmeetod.Selle meetodi tulemuseks on suur hulk keemilisi abijäätmeid ning kohapealset hooldust ja värvieemaldust pole võimalik saavutada.See protsess on raske töökoormus ja tervisele kahjulik.Laserpuhastus võimaldab kvaliteetselt eemaldada lennuki nahapindadelt värvi ja on tootmiseks lihtsalt automatiseeritav.Praegu on laserpuhastustehnoloogiat rakendatud mõnede tipptasemel mudelite hooldamisel.
Laevatööstus
Praegu kasutatakse laevade tootmiseelsel puhastamisel peamiselt liivapritsi meetodit.Liivapritsi meetod on põhjustanud ümbritsevasse keskkonda tõsist tolmureostust ja on järk-järgult keelatud, mille tulemusena on laevatootjad tootmist vähendanud või isegi peatanud.Laserpuhastustehnoloogia pakub rohelist ja saastevaba puhastuslahendust korrosioonivastaseks pihustamiseks laevapindadele.
Relvad
Laserpuhastustehnoloogiat on relvade hoolduses laialdaselt kasutatud.Laserpuhastussüsteem suudab tõhusalt ja kiiresti eemaldada rooste ja saasteained ning valida puhastusosa, et realiseerida puhastamise automatiseerimine.Laserpuhastust kasutades ei ole mitte ainult puhtus kõrgem kui keemilise puhastuse protsess, vaid peaaegu ei kahjustata ka objekti pinda.Erinevaid parameetreid seadistades saab laserpuhastusmasin moodustada metallesemete pinnale ka tiheda oksiidkaitsekile või metallisulamiskihi, et parandada pinnatugevust ja korrosioonikindlust.Laseriga eemaldatud jäätmed põhimõtteliselt keskkonda ei saasta ning seda saab kasutada ka pika vahemaa tagant, mis vähendab tõhusalt operaatori tervisekahjustusi.
Hoone välisilme
Pilvelõhkujaid ehitatakse järjest rohkem ja üha enam on esile kerkinud välisseinte ehitamise puhastusprobleem.Laserpuhastussüsteem puhastab hästi läbi optiliste kiudude hoonete välisseinad.Maksimaalselt 70 meetri pikkuse lahendusega saab tõhusalt puhastada erinevaid saasteaineid erinevatelt kividelt, metallidelt ja klaasilt ning selle efektiivsus on tunduvalt kõrgem kui tavapuhastusel.Samuti võib see eemaldada mustad täpid ja plekid erinevatelt hoonete kividelt.Laserpuhastussüsteemi puhastuskatse hoonetel ja kivimälestistel näitab, et laserpuhastusel on hea mõju iidsete hoonete ilme kaitsmisel.
Elektroonikatööstus
Elektroonikatööstus kasutab oksiidide eemaldamiseks lasereid: elektroonikatööstus nõuab ülitäpset saastest puhastamist ja laserdeoksüdatsioon on eriti sobiv.Komponentide tihvtid tuleb enne plaadi jootmist põhjalikult desoksüdeerida, et tagada optimaalne elektriline kontakt ning kontaktid ei tohi saastest puhastamise käigus kahjustada saada.Laserpuhastus vastab kasutusnõuetele ja efektiivsus on väga kõrge ning iga nõela jaoks on vaja ainult ühte laserkiirgust.
Tuumaelektrijaam
Laserpuhastussüsteeme kasutatakse ka tuumaelektrijaamade reaktoritorude puhastamisel.See kasutab optilist kiudu, et viia reaktorisse suure võimsusega laserkiir otse radioaktiivse tolmu eemaldamiseks, ja puhastatud materjali on lihtne puhastada.Ja kuna seda juhitakse eemalt, on personali ohutus tagatud.
Kokkuvõte
Tänapäeva arenenud töötlevast tööstusest on saanud rahvusvahelise konkurentsi juhtivad kõrgused.Laseritootmise täiustatud süsteemina on laserpuhastusmasinal suur potentsiaal tööstusarengu rakendusväärtuseks.Jõuliselt areneval laserpuhastustehnoloogial on majanduslikus ja sotsiaalses arengus väga oluline strateegiline tähtsus.