Under senare år har laserrengöring blivit ett av de mest populära forskningsområdena inom industriell tillverkning. Forskningen täcker processer, teorier, utrustning och tillämpningar. Inom industriella tillämpningar har laserrengöringstekniken kunnat rengöra ett stort antal olika substratytor på ett tillförlitligt sätt, och rengöra föremål som stål, aluminium, titan, glas och kompositmaterial etc., med tillämpningar inom bland annat flyg- och rymdindustrin, flygindustrin, sjöfarten, höghastighetståg, fordonsindustrin, formverktyg, kärnkraft och marinindustrin.
Laserrengöringstekniken, som går tillbaka till 1960-talet, har fördelarna med god rengöringseffekt, brett användningsområde, hög precision, beröringsfrihet och tillgänglighet. Inom industriell tillverkning, produktion och underhåll och andra områden har den ett brett användningsområde och förväntas delvis eller helt ersätta traditionella rengöringsmetoder och bli den mest lovande gröna rengöringstekniken under 2000-talet.
Laserrengöringsmetod
Laserrengöringsprocessen är mycket komplex och involverar en mängd olika materialborttagningsmekanismer. För en laserrengöringsmetod kan rengöringsprocessen existera samtidigt som en mängd olika mekanismer, vilket huvudsakligen kan hänföras till interaktionen mellan lasern och materialet, inklusive materialytablation, sönderdelning, jonisering, nedbrytning, smältning, förbränning, förångning, vibration, sputtering, expansion, krympning, explosion, flagning, avskalling och andra fysikaliska och kemiska förändringar.
För närvarande är de typiska laserrengöringsmetoderna huvudsakligen tre: laserablationsrengöring, flytande filmassisterad laserrengöring och laserchockvågsrengöringsmetoder.
Laserablationsrengöringsmetod
De huvudsakliga metodologiska mekanismerna är termisk expansion, förångning, ablation och fasexplosion. Lasern verkar direkt på materialet som ska avlägsnas från substratets yta och omgivningsförhållandena kan vara luft, tunn gas eller vakuum. Driftsförhållandena är enkla och används oftast för att avlägsna en mängd olika beläggningar, färger, partiklar eller smuts. Diagrammet nedan visar processdiagrammet för laserablationsmetoden.
När laserstrålning träffar materialets yta, utsätts substratet och rengöringsmaterialet för den första termiska expansionen. Med ökande laserinteraktionstid med rengöringsmaterialet, om temperaturen är lägre än rengöringsmaterialets kavitationströskel, förändras endast rengöringsmaterialets fysiska process. Skillnaden mellan rengöringsmaterialets och substratets termiska expansionskoefficient leder till tryck vid gränssnittet, vilket leder till att rengöringsmaterialet bucklas, rivs loss från substratytan, spricker, mekaniska brott, vibrationer krossas etc., vilket leder till att rengöringsmaterialet avlägsnas med strålen eller avlägsnas från substratytan.
Om temperaturen är högre än förgasningströskeltemperaturen för rengöringsmaterialet finns det två situationer: 1) rengöringsmaterialets ablationströskel är lägre än substratets; 2) rengöringsmaterialets ablationströskel är högre än substratets.
Dessa två fall av rengöringsmaterial är smältning, kavitation och ablation och andra fysikalisk-kemiska förändringar. Rengöringsmekanismen är mer komplex, förutom termiska effekter, men kan även innefatta brott på molekylära bindningar mellan rengöringsmaterial och substrat, nedbrytning eller nedbrytning av rengöringsmaterial, fasexplosion, omedelbar jonisering av rengöringsmaterial, förgasning av rengöringsmaterial och plasmagenerering.
(1)Laserrengöring med hjälp av flytande film
Metodmekanismen består huvudsakligen av kokande förångning och vibrationer i vätskefilmen. Genom att välja lämplig laservåglängd kan man kompensera för bristen på slagtryck under laserablationsprocessen och ta bort några av de föremål som är svåra att rengöra.
Som visas i figuren nedan täcks en vätskefilm (vatten, etanol eller andra vätskor) över ytan på rengöringsobjektet och bestrålas sedan med laser. Vätskefilmen absorberar laserenergi, vilket resulterar i en kraftig explosion av flytande medium, explosionen av kokande vätska med hög hastighet, energiöverföring till ytan på rengöringsmaterialet. En hög transient explosionskraft är tillräcklig för att avlägsna ytsmuts för att uppnå rengöringsändamål.
Laserrengöringsmetoden med flytande film har två nackdelar.
Besvärlig process och svår att kontrollera processen.
På grund av användningen av flytande film är den kemiska sammansättningen av substratytan lätt att ändra efter rengöring och generera nya ämnen.
(1)Rengöringsmetod av laserchockvågstyp
Processmetoden och mekanismen skiljer sig mycket från de två första. Mekanismen är huvudsakligen att ta bort stötvågskraften, medan rengöringsobjekten huvudsakligen består av partiklar, främst för att avlägsna partiklar (submikron- eller nanoskala). Processkraven är mycket strikta, både för att säkerställa förmågan att jonisera luften, men också för att bibehålla ett lämpligt avstånd mellan lasern och substratet för att säkerställa att stötkraften på partiklarna är tillräckligt stor.
Schematiskt diagram över rengöringsprocessen för laserchockvågor visas nedan. Lasern riktas parallellt med substratets yta och kommer inte i kontakt med substratet. Om arbetsstycket eller laserhuvudet flyttas för att justera laserfokusen mot partikeln nära laserutgången, kommer luftjoniseringsfenomenet att uppstå, vilket resulterar i chockvågor som expanderar snabbt och sfäriskt, vilket leder till att chockvågorna utvidgas till partiklarna. När momentet för chockvågens tvärgående komponent på partikeln är större än momentet för den longitudinella komponenten och partikelns vidhäftningskraft, kommer partikeln att rullas bort.
Laserrengöringsteknik
Laserrengöringsmekanismen baseras huvudsakligen på objektets yta efter absorption av laserenergi, eller förångning och förångning, eller omedelbar termisk expansion för att övervinna adsorptionen av partiklar på ytan, så att objektet avlägsnas från ytan och sedan uppnår rengöringssyftet.
Grovt sammanfattat som: 1. laserångnedbrytning, 2. laserstrippning, 3. termisk expansion av smutspartiklar, 4. fyra aspekter av substratytans vibration och partikelvibration
Jämfört med den traditionella rengöringsprocessen har laserrengöringstekniken följande egenskaper.
1. Det är en "kem" rengöring, ingen rengöringslösning eller andra kemiska lösningar, och renligheten är mycket högre än den kemiska rengöringsprocessen.
2. Omfattningen av borttagning av smuts och det tillämpliga substratområdet är mycket brett, och
3. Genom reglering av laserprocessparametrar kan substratets yta inte skadas på grundval av effektivt avlägsnande av föroreningar, vilket gör att ytan blir som ny.
4. Laserrengöring kan enkelt automatiseras.
5. Laserdekontamineringsutrustning kan användas under lång tid och har låga driftskostnader.
6. Laserrengöringstekniken är en: grön: rengöringsprocess, eliminerar avfall är ett fast pulver, liten storlek, lätt att förvara, kommer i princip inte att förorena miljön.
På 1980-talet ställde den snabba utvecklingen av halvledarindustrin högre krav på rengöringstekniken för kontaminering av partiklar i kiselskivormasker. Den viktigaste punkten är att övervinna den höga adsorptionskraften mellan mikropartiklar och substratkontaminering. Traditionell kemisk rengöring, mekanisk rengöring och ultraljudsrengöring kan inte möta efterfrågan, och laserrengöring kan lösa sådana föroreningsproblem. Relaterad forskning och tillämpningar har utvecklats snabbt.
År 1987 dök den första patentansökan om laserrengöring upp. På 1990-talet tillämpade Zapka framgångsrikt laserrengöringsteknik i halvledartillverkningsprocessen för att ta bort mikropartiklar från maskens yta, vilket insåg den tidiga tillämpningen av laserrengöringsteknik inom industriområdet. 1995 använde forskare en 2 kW TEA-CO2-laser för att framgångsrikt uppnå rengöring av färg från flygplanskroppar.
Efter ingången av 2000-talet, med den snabba utvecklingen av ultrakorta pulslasrar, ökade inhemsk och utländsk forskning och tillämpning av laserrengöringsteknik gradvis, med fokus på ytor av metallmaterial. Typiska utländska tillämpningar är borttagning av färg på flygplansflygplan, avfettning av formytor, borttagning av inre koldioxid från motorer och ytrengöring av fogar före svetsning. US Edison Welding Institutes laserrengöring av stridsflygplanet FG16, med en lasereffekt på 1 kW, en rengöringsvolym på 2,36 cm3 per minut.
Det är värt att nämna att forskning och tillämpning av laserfärgborttagning av avancerade kompositdelar också är ett stort intresse. Propellerbladen på amerikanska flottans helikopter HG53 och HG56 samt den plana stjärten på F16-stridsflygplan och andra kompositytor har förverkligats inom laserfärgborttagning, medan Kinas kompositmaterial i flygplan är sent ute, så sådan forskning är i princip obefintlig.
Dessutom är användningen av laserrengöringsteknik för ytbehandling av fogen med CFRP-komposit före limning för att förbättra fogens styrka också ett av de nuvarande forskningsfokusen. Anpassa laserföretaget till produktionslinjen för Audi TT-bilar för att tillhandahålla fiberlaserrengöringsutrustning för att rengöra ytan på den lätta aluminiumlegeringens dörrkarmsoxidfilm. Rolls G Royce UK använde laserrengöring för att rengöra oxidfilmen på ytan av titankomponenter i flygmotorer.
Laserrengöringstekniken har utvecklats snabbt under de senaste två åren, oavsett om det gäller laserrengöringsprocessparametrar och rengöringsmekanismer, forskning om rengöring av objekt eller tillämpning av forskning har gjort stora framsteg. Efter mycket teoretisk forskning inom laserrengöringsteknik är fokus för dess forskning ständigt snedvridet mot tillämpning av forskning och tillämpning av lovande resultat. I framtiden kommer laserrengöringsteknik för att skydda kulturella reliker och konstverk att användas i allt större utsträckning, och dess marknad är mycket bred. Med utvecklingen av vetenskap och teknik blir tillämpningen av laserrengöringsteknik inom industrin verklighet, och tillämpningsområdet blir alltmer omfattande.
Maven laserautomationsföretag har fokuserat på laserindustrin i 14 år. Vi specialiserar oss på lasermärkning. Vi har laserrengöringsmaskiner för maskinskåp, laserrengöringsmaskiner för vagnar, laserrengöringsmaskiner för ryggsäckar och tre-i-ett-laserrengöringsmaskiner. Dessutom har vi även lasersvetsmaskiner, laserskärmaskiner och lasermärkningsmaskiner för gravyr. Om du är intresserad av vår maskin kan du följa oss och kontakta oss gärna.
Publiceringstid: 14 november 2022
