Šta je lasersko čišćenje? Mehanizmi, prednosti i praktične primjene

U industriji i drugim oblastima, tradicionalne metode čišćenja kao što su hemijsko čišćenje i mehaničko mlevenje dugo su dominirale. Hemijsko čišćenje će vjerovatno stvoriti veliku količinu hemijske otpadne tekućine, uzrokujući zagađenje okoliša, a postoji i rizik od korozije nekih preciznih komponenti. Iako mehaničko brušenje ipjeskarenjemože ukloniti površinsku prljavštinu, lako je oštetiti osnovni materijal. Ima slab učinak kada se radi sa komponentama složenih oblika, a proizvodiće i zagađenje prašinom, što predstavlja prijetnju zdravlju operatera. Štaviše, teško je ispuniti zahtjeve za visoko{2}}precizno čišćenje. Štaviše, razumijevanjepoređenje ultrazvučnog čišćenjai abrazivne metode naglašavaju zašto moderne industrije traže precizne bez{0}}alternative.

Sa brzim razvojem vrhunskih{0}}proizvodnih industrija kao što su vazduhoplovstvo, željeznički tranzit i pomorski brodovi, zahtjevi za čišćenje komponenti postaju sve stroži. Velike i složene komponente, kao što su otvori za motore aviona,-karoserije željezničkih vagona za velike brzine i poklopci otvora za brodove, kvalitet njihove površine direktno utiče na performanse proizvoda i vijek trajanja. Kritične operacije poputpre-čišćenje terminala za zavarivanje, de-uljenje kalupa i precizna priprema površine zahtijevaju visoku tačnost čišćenja, efikasnost i integritet površine koje tradicionalne metode čišćenja više ne mogu ispuniti. Ove komponente nisu samo velike veličine i složenog oblika, već imaju i izuzetno visoke zahtjeve za preciznost, efikasnost i integritet čišćenja. Tradicionalne metode čišćenja više ne mogu zadovoljiti razvojne potrebe moderne proizvodne industrije.

U pozadini rastuće globalne svijesti o zaštiti okoliša, prerađivačka industrija se suočava s pritiskom smanjenja emisija zagađenja i potrošnje resursa. Kao zelena tehnologija čišćenja,tehnologija laserskog čišćenjaima prednosti kao što su odsustvo hemijskog zagađenja, niska potrošnja energije i be-čišćenje bez kontakta. Može efikasno da reši ekološke probleme izazvane tradicionalnim metodama čišćenja, u skladu je sa strategijom održivog razvoja, a potražnja za primenom u različitim oblastima postaje sve hitnija.

Lasersko čišćenje je tehnologija koja koristi laserski snop s velikom-energetskom gustinom za interakciju s površinom materijala. To uzrokuje da se prljavština, premazi itd. ljušte ili razlažu sa površine podloge, čime se postiže svrha čišćenja.

Proces laserskog čišćenja uključuje više fizičkih mehanizama, kao što su termička ablacija, stresne vibracije, termička ekspanzija, isparavanje, fazna eksplozija, pritisak isparavanja i udar plazme. Ovi mehanizmi rade zajedno kako bi odvojili predmet koji se čisti od podloge, postižući efekat čišćenja.

Prema različitim medijima za čišćenje, lasersko čišćenje se može podijeliti na lasersko kemijsko čišćenje, mokro lasersko čišćenje i lasersko{0}}talasno čišćenje.

Lasersko hemijsko čišćenje

Lasersko hemijsko čišćenje je trenutno najraširenija metoda laserskog čišćenja. Koristi laserski snop za direktno zračenje površine supstrata, uzrokujući da podloga prolazi kroz termičko širenje kako bi se savladala van der Waalsova sila, čime se uklanja prljavština.

Intenzitet lasera:Promjena gustoće energije lasera značajno utiče na učinak čišćenja. Pri niskim energetskim intenzitetima, isparavanje i fazna eksplozija su glavni procesi. Pri visokim gustinama energije, pritisak isparavanja i udarni efekti također dolaze u igru, a ultra-visoka energija može dovesti do problema kao što je stvaranje plazme. Obično se čišćenje provodi pri relativno niskoj gustoći energije kako bi se zaštitila podloga.

talasna dužina lasera:Talasna dužina je povezana s energetskom spregom materijala. Na kratkim talasnim dužinama, fotohemijska ablacija je dominantna, dok je na dugim talasnim dužinama dominantna fototermalna ablacija. Štaviše, talasna dužina utiče na raspodelu sile i temperature između čestica i podloge, čime utiče na snagu i efikasnost čišćenja. Utjecaj valne dužine također varira za različite zadatke čišćenja.

Pulsna širina:Mehanizmi čišćenja kratkih-i dugih-impulsa su različiti. Dugi - impulsi imaju snažan efekat ablacije, ali slabu selektivnost, dok kratki-impulsi mogu generirati visoke temperature i udarne talase kako bi uklonili zagađivače sa manje štete. U slučaju ultra - kratkih širina impulsa, mehanizam "ablacije" je na djelu.

Upadni ugao:Kada se laser zrači okomito, čestice zagađivača mogu blokirati laser. Koso zračenje može poboljšati efikasnost čišćenja.

Mehanizam laserskog hemijskog čišćenja i uticaj ključnih parametara na efekat čišćenja: a) Mehanizam b) Talasna dužina c) Širina impulsa d) Upadni ugao e) Prednji/pozadi upad

Mokro lasersko čišćenje

To se postiže uz pomoć tečnog filma. Tečni film se prethodno-postavlja na površinu radnog komada koji se čisti. Kada laser direktno zrači, tečnost se brzo zagreva, stvarajući snažnu udarnu silu, čime se uklanjaju kontaminanti na površini podloge.

Mehanizam mokrog laserskog čišćenja

Laser Shock{0}}Čišćenje talasima

Tehnologija laserskog{0}}talasnog čišćenja podijeljena je u dvije kategorije: suho lasersko - čišćenje talasa i hibridno lasersko šok{2}}talasno čišćenje.

Tokom suvog laserskog čišćenja{0}}talasa, laser se fokusira da generiše plazmu koja utiče na čestice. Ovo može izbjeći oštećenja uzrokovana direktnim zračenjem, ali mogu postojati slijepe tačke. Može se poboljšati promjenom upadnog ugla ili korištenjem dual-čišćenja zraka.

Hibridno lasersko{0}}talasno čišćenje uključuje metode kao što su parni, podvodni i mokri laserski šok. Koristi relevantne efekte tečnosti za uklanjanje prljavštine. Povezan je sa karakteristikama kao što je gustina tečnosti, i ima širok spektar primena sa očiglednim prednostima.

Mehanizam laserskog šoka-talasno čišćenje: a) suhi laserski udar-talasno čišćenje b) poboljšano suvo lasersko čišćenje-talasno čišćenje b1) jednostruki - laser b2) laser sa dvostrukim-laserom c) vlažno lasersko čišćenje{{7} Wave.

1. Vazduhoplovstvo - Uklanjanje oksida od legure titanijuma

Ima izvanredan učinak za čišćenje oksidnog filma na površini usisnog kanala od legure titana korištenjem nanosekundnog pulsnog lasera. Njegova karakteristika niskog termičkog efekta može spriječiti podlogu od sekundarne oksidacije, što je bolja metoda čišćenja.

Mehanizam hemijskog čišćenja:
Glavni mehanizam je laserska ablacija. Kada laserska energija djeluje na oksidni film, površina apsorbira veliku količinu energije. U zavisnosti od energije menja se mehanizam ablacije, a na površini se formiraju različite morfološke strukture.

Kada je energija niska, uklanja se dio oksidnog filma, s malom količinom pretopljenog područja; kada je energija umjerena, oksidni film se uklanja i oštećenja su zanemarljiva; kada je energija previsoka, iako se oksidni film može ukloniti, to će uzrokovati veliku štetu na podlozi, a na površini se formira izbočena struktura.

Mehanizam za mokro čišćenje:

Pri nižoj gustoći energije, mehanizam čišćenja je laserski-indukovani udarni talas. Kod veće gustoće energije, to je uglavnom laserska ablacija i fazna eksplozija. Tokom procesa čišćenja, titanijumska legura se brzo hladi i zagreva da bi se formirala martenzitna legura titanijuma. Kada se gustina energije poveća na određenu vrijednost, površina postaje nano-strukturirana izbočena površina, a ova nano{5}}struktura je od velikog značaja za kasniju primjenu materijala od legure titana.

Efekat laserskog čišćenja i mehanizam oksidnog filma na površini usisnog kanala od legure titanijuma u vazduhoplovstvu: a) Morfologija površine legure titanijuma nakon čišćenja b) Glavni mehanizam laserskog hemijskog čišćenja filma od oksida legure titana c) Glavni mehanizam laserskog mokrog čišćenja filma od oksida legure titana.

2. Skidanje farbe za karoseriju automobila za velike-brze željeznice -

Debljina boje i metoda čišćenja:

Za čišćenje boje na karoseriji automobila od aluminijumske legure brzih tračnica-različite boje i debljine boje zahtijevaju različite prikladne metode laserskog čišćenja.

3000W CW mašina za lasersko čišćenje vlakana

Tanka boja (debljina manja ili jednaka 40 μm): Bolje je odabrati laserski izvor svjetlosti sa nižom stopom apsorpcije boje i ukloniti ga termičkom vibracijom;
Gusta boja: Potrebno je odabrati laserski izvor svjetlosti sa većom stopom apsorpcije boje i ukloniti ga pomoću mehanizma ablacije.

Skidanje crvene boje:
Glavni mehanizam za skidanje crvene boje je mehanizam za vibracije.

Tokom procesa čišćenja, laserska energija prodire u podlogu, a toplinski stres koji nastaje porastom temperature podloge uzrokuje da boja otpada, a cijeli sloj boje se može ukloniti, pri čemu zaostala boja na površini od legure aluminija pokazuje labavu morfologiju -slike mreže.

Uklanjanje plave boje:
Pod istim unosom energije lasera, temperatura plave boje je viša od one crvene boje, ali je termički stres podloge niži od temperature crvene boje. Kada temperatura boje dostigne tačku ključanja, boja se uklanja isparavanjem, a postoje i povezani mehanizmi poput pucanja sloja, gorenja i plazma šoka.

Efekat laserskog čišćenja i mehanizam nanošenja boje na površini karoserije automobila od aluminijumske legure brze šine: a) Morfologija površine legure aluminijuma nakon čišćenja b) Glavni mehanizam laserskog hemijskog čišćenja plave/crvene boje na površini od legure aluminijuma.

3. Brodogradnja - Uklanjanje hrđe trupa

Suvo čišćenje rđe
U procesu suhog čišćenja od rđe za čelične brodske trupe velike{0}}čvrstoće, glavni mehanizam uklanjanja je isparavanje oksidnog filma zbog apsorpcije energije. Kada površinski oksidi ispare i ispare, stvara se sila reakcije prema dolje, koja pomaže u uklanjanju debljih oksidnih filmova.

Lasersko uklanjanje rđe pomoću tečnog filma-
Glavni mehanizam laserskog uklanjanja rđe{0}}potpomognutog tečnim filmom je fazna eksplozija uzrokovana kapljicama koje apsorbiraju energiju, stvarajući udarnu silu za uklanjanje sloja rđe.

Eksplozivni efekat ključanja tečnog filma pojačava uticaj mehanizma fazne eksplozije na uklanjanje rđe, omogućavajući bolje uklanjanje površinskih oksidnih filmova, ali nije efikasan u uklanjanju dublje zakopanih oksida.

Različiti mehanizmi uklanjanja sloja hrđe utiču na protok rastopljenog metala na površini. Bočni potisak nastao faznom eksplozijom može potaknuti protok rastaljenog sloja, čineći površinu glađom, dok oksidna para proizvedena mehanizmom isparavanja može utjecati na punjenje jama tekućim metalom.

Lasersko čišćenje rđe na površini čeličnih trupa brodova visoke{0}}a) Morfologija površine čelika visoke{1}}kosti nakon čišćenja b) Glavni mehanizmi laserskog suhog/mokrog čišćenja rđe na površini trupa od čelika visoke čvrstoće{2}}.

4. Morsko - uklanjanje bioobraštaja

Parametri lasera i efekat čišćenja:

Laseri sa uskim širinama impulsa i velikom vršnom snagom imaju bolji učinak čišćenja na morske mikroorganizme na površinama od aluminijskih legura.

Mehanizam za uklanjanje mikroorganizama:
Mehanizmi laserskog uklanjanja sloja ekstracelularnih polimernih supstanci (EPS) i supstrata školjke su ablacijska vaporizacija i uklanjanje udarnog talasa, respektivno. Tokom procesa višefotonske apsorpcije, pojedinačni lanci mikrobnih makromolekula se razbijaju, razlažući se i stvaraju veliki broj atoma. Nakon jonizacije, kombinovanim djelovanjem plazma šoka i mehanizama ablacije, morski mikroorganizmi se mogu bolje ukloniti.

Za organske tvari kao što su boje i morski mikroorganizmi, pri niskim gustoćama energije lasera, fotokemijske reakcije uzrokuju pucanje njihovih kemijskih veza, što se manifestira kao propadanje, promjena boje, gubitak aktivnosti, itd. Kako se gustoća energije povećava, javljaju se pojave kao što su ablacija, isparavanje, plamen sagorijevanja i udar plazme.

Za anorganske tvari kao što su oksidni filmovi i rđa, nema promjena pri niskim gustoćama energije, a ablacija i isparavanje se javljaju nakon povećanja energije.

Učinak laserskog čišćenja i mehanizam morskih mikroorganizama na površinama od aluminijskih legura.

Pulsni laserski čistači imaju važnu primjenu u zaštiti kulturnih relikvija, zadovoljavajući potrebe za ne-destruktivnim i visoko-preciznim čišćenjem kulturnih relikvija, kao što su kamen, papir i metalni artefakti.

200W prijenosni pulsni laserski čistač

Tipične primjene pulsnog laserskog čišćenja u kulturnim relikvijama:

Kameni artefakti:

a) Starorimska mramorna Odisejeva skulptura: a1) Prije čišćenja a2) Nakon čišćenja

b) Rimski mramorni sarkofag: b1) Prije čišćenja b2) Nakon čišćenja

c) Reljefne skulpture hrama Partenona na grčkom Akropolju

Artefakti od papira:
d) Uljana slika iz 15.-stoljeća "Hristos prije Pilata": d1) Prije čišćenja d2) Nakon čišćenja

e) Moderna uljana slika 19.-stoljeća "Lovačka scena": e1) Prije čišćenja e2) Nakon čišćenja
 

Metalni artefakti:
f) Brončana skulptura Univerziteta Illinois: f1) Prije čišćenja f2) Nakon čišćenja

g) Srebrna lovačka puška: g1) Prije čišćenja g2) Nakon čišćenja

h) Vojna zlatna pletenica iz 19-stoljeća: h1) Prije čišćenja h2) Potpuno očišćena h3) Preko-očišćena

Ostali artefakti:
i) Pozlaćeni drveni okvir iz 19-stoljeća: i1) Prije čišćenja i2) Nakon čišćenja

j) Podloga od afričkog ratana iz 19-stoljeća: j1) Prije čišćenja j2) Nakon čišćenja

k) Staroegipatska staklena posuda: k1) Prije čišćenja k2) Nakon čišćenja

Kako industrijska automatizacija napreduje i ekološki propisi se pooštravaju, lasersko čišćenje brzo zamjenjuje tradicionalne operacije mljevenja, kemijske kupke i pjeskarenja. Odabir pravog laserskog sistema ovisi o vašem ciljanom materijalu, brzini čišćenja, snazi ​​lasera i potrebama mobilnosti. Pogledajte naš sveobuhvatan vodič naKontrolna lista za odabir mašine za lasersko čišćenjeda odredite najbolju snagu i podešavanje optičkog skenera za vašu proizvodnu liniju.

Kontaktirajte King's Laser Technical Engineers danasda zatražite prilagođeno rješenje za pripremu površine, zakažete test čišćenja uzorka ili dobijete brzu ponudu za vaš objekat!