Trong những năm gần đây, làm sạch bằng laser đã trở thành một trong những điểm nóng nghiên cứu trong lĩnh vực sản xuất công nghiệp, nghiên cứu bao gồm quy trình, lý thuyết, thiết bị và ứng dụng. Trong các ứng dụng công nghiệp, công nghệ làm sạch bằng laser có thể làm sạch đáng tin cậy một số lượng lớn các bề mặt nền khác nhau, làm sạch các vật thể bao gồm thép, nhôm, titan, thủy tinh và vật liệu composite, v.v., các ngành ứng dụng bao gồm hàng không vũ trụ, hàng không, vận chuyển, tốc độ cao đường sắt, ô tô, khuôn mẫu, năng lượng hạt nhân và hàng hải và các lĩnh vực khác.
Công nghệ làm sạch bằng laser có từ những năm 1960, có ưu điểm là hiệu quả làm sạch tốt, ứng dụng đa dạng, độ chính xác cao, không tiếp xúc và dễ tiếp cận. Trong sản xuất công nghiệp, sản xuất và bảo trì và các lĩnh vực khác có nhiều triển vọng ứng dụng, dự kiến sẽ thay thế một phần hoặc hoàn toàn các phương pháp làm sạch truyền thống và trở thành công nghệ làm sạch xanh hứa hẹn nhất trong thế kỷ 21.
Phương pháp làm sạch bằng laze
Quá trình làm sạch bằng laser rất phức tạp, bao gồm nhiều cơ chế loại bỏ vật liệu khác nhau, đối với phương pháp làm sạch bằng laser, quá trình làm sạch có thể tồn tại đồng thời nhiều cơ chế khác nhau, chủ yếu là do sự tương tác giữa tia laser và vật liệu, bao gồm sự cắt bỏ bề mặt vật liệu, phân hủy, ion hóa, suy thoái, nóng chảy, đốt cháy, bay hơi, rung động, phún xạ, giãn nở, co ngót, nổ, bong tróc, bong tróc và các thay đổi vật lý và hóa học khác. quá trình.
Hiện nay, các phương pháp làm sạch bằng laser điển hình chủ yếu có ba phương pháp: làm sạch cắt bỏ bằng laser, phương pháp làm sạch bằng laser hỗ trợ màng chất lỏng và phương pháp làm sạch bằng sóng xung kích bằng laser.
Phương pháp làm sạch cắt bỏ bằng laser
Các cơ chế phương pháp chính là giãn nở nhiệt, hóa hơi, cắt bỏ và nổ pha. Tia laser tác động trực tiếp lên vật liệu cần loại bỏ khỏi bề mặt chất nền và các điều kiện xung quanh có thể là không khí, khí hiếm hoặc chân không. Các điều kiện vận hành rất đơn giản và được sử dụng rộng rãi nhất để loại bỏ nhiều loại lớp phủ, sơn, hạt hoặc bụi bẩn. Sơ đồ dưới đây thể hiện sơ đồ quy trình của phương pháp làm sạch cắt bỏ bằng laser.
Khi chiếu tia laser lên bề mặt vật liệu, chất nền và vật liệu làm sạch là sự giãn nở nhiệt đầu tiên. Với sự gia tăng thời gian tương tác của tia laser với vật liệu làm sạch, nếu nhiệt độ thấp hơn ngưỡng xâm thực của vật liệu làm sạch, vật liệu làm sạch chỉ có quá trình thay đổi vật lý, sự khác biệt giữa vật liệu làm sạch và hệ số giãn nở nhiệt của chất nền dẫn đến áp suất tại giao diện , vật liệu làm sạch bị oằn, rách khỏi bề mặt chất nền, nứt, gãy cơ học, rung lắc, v.v., vật liệu làm sạch được loại bỏ bằng tia phản lực hoặc tước bỏ bề mặt chất nền.
Nếu nhiệt độ cao hơn nhiệt độ ngưỡng khí hóa của vật liệu làm sạch sẽ xảy ra hai trường hợp: 1) ngưỡng cắt bỏ của vật liệu làm sạch nhỏ hơn chất nền; 2) ngưỡng cắt bỏ của vật liệu làm sạch lớn hơn chất nền.
Hai trường hợp vật liệu làm sạch này là nóng chảy, xâm thực và cắt bỏ và các thay đổi hóa lý khác, cơ chế làm sạch phức tạp hơn, ngoài tác dụng nhiệt, nhưng cũng có thể bao gồm sự phá vỡ liên kết phân tử của vật liệu và chất nền, vật liệu làm sạch phân hủy hoặc xuống cấp, giai đoạn nổ, làm sạch vật liệu khí hóa ion hóa tức thời, tạo ra plasma.
(1)Làm sạch bằng laser hỗ trợ màng chất lỏng
Cơ chế phương pháp chủ yếu là bay hơi và rung sôi màng chất lỏng, v.v. Việc sử dụng cần phải chọn bước sóng laser thích hợp, nhằm bù đắp cho việc thiếu áp suất tác động trong quá trình làm sạch cắt bỏ bằng laser, có thể được sử dụng để loại bỏ một số khó khăn hơn để loại bỏ các đối tượng làm sạch.
Như trong hình bên dưới, màng chất lỏng (nước, etanol hoặc các chất lỏng khác) được phủ sẵn trên bề mặt của vật làm sạch, sau đó sử dụng tia laser để chiếu xạ nó. Màng chất lỏng hấp thụ năng lượng laser dẫn đến vụ nổ mạnh của môi trường chất lỏng, vụ nổ chuyển động tốc độ cao của chất lỏng sôi, truyền năng lượng đến vật liệu làm sạch bề mặt, lực nổ thoáng qua cao đủ để loại bỏ bụi bẩn trên bề mặt để đạt được mục đích làm sạch.
Phương pháp làm sạch bằng laser hỗ trợ màng chất lỏng có hai nhược điểm.
Quy trình rườm rà và khó kiểm soát quy trình.
Do sử dụng màng chất lỏng nên thành phần hóa học của bề mặt nền sau khi làm sạch dễ bị thay đổi và sinh ra chất mới.
(1)Phương pháp làm sạch bằng sóng xung kích bằng laser
Cách tiếp cận quy trình và cơ chế rất khác so với hai cơ chế đầu tiên, cơ chế chủ yếu là loại bỏ lực sóng xung kích, vật thể làm sạch chủ yếu là các hạt, chủ yếu để loại bỏ các hạt (cấp micromet hoặc nano). Yêu cầu của quy trình rất nghiêm ngặt, vừa đảm bảo khả năng ion hóa không khí, vừa duy trì khoảng cách phù hợp giữa tia laser và chất nền để đảm bảo lực tác động lên các hạt của lực tác động đủ lớn.
Sơ đồ quy trình làm sạch bằng sóng xung kích bằng laser được hiển thị bên dưới, tia laser song song với hướng bắn lên bề mặt chất nền và chất nền không tiếp xúc. Di chuyển phôi hoặc đầu laser để điều chỉnh tiêu điểm laser đến hạt gần đầu ra laser, tiêu điểm của hiện tượng ion hóa không khí sẽ xảy ra, dẫn đến sóng xung kích, sóng xung kích đến sự giãn nở nhanh chóng của sự giãn nở hình cầu và mở rộng để tiếp xúc với các hạt. Khi mômen thành phần ngang của sóng xung kích tác dụng lên hạt lớn hơn mômen thành phần dọc và lực bám dính của hạt thì hạt sẽ bị loại bỏ bằng cách lăn.
Công nghệ làm sạch bằng laze
Cơ chế làm sạch bằng laser chủ yếu dựa trên bề mặt của vật thể sau khi hấp thụ năng lượng laser, hoặc bay hơi và bay hơi, hoặc giãn nở nhiệt tức thời để khắc phục sự hấp phụ của các hạt trên bề mặt, để vật thể ra khỏi bề mặt, sau đó đạt được mục đích làm sạch.
Tóm tắt đại khái là: 1. phân hủy hơi laser, 2. tước laser, 3. giãn nở nhiệt của các hạt bụi bẩn, 4. rung động bề mặt chất nền và rung động hạt bốn khía cạnh
So với quy trình làm sạch truyền thống, công nghệ làm sạch bằng laser có những đặc điểm sau.
1. Đó là phương pháp làm sạch "khô", không dùng dung dịch tẩy rửa hay dung dịch hóa học khác, độ sạch cao hơn nhiều so với quy trình làm sạch bằng hóa chất.
2. Phạm vi loại bỏ bụi bẩn và phạm vi chất nền có thể áp dụng rất rộng, và
3. Thông qua việc điều chỉnh các thông số quy trình laser, không thể làm hỏng bề mặt của chất nền trên cơ sở loại bỏ hiệu quả các chất gây ô nhiễm, bề mặt có tốt như mới không.
4. Làm sạch bằng laser có thể được vận hành tự động dễ dàng.
5. Thiết bị khử nhiễm bằng laser có thể sử dụng lâu dài, chi phí vận hành thấp.
6. Công nghệ làm sạch bằng laser là: xanh: quá trình làm sạch, loại bỏ chất thải là dạng bột rắn, kích thước nhỏ, dễ bảo quản, về cơ bản sẽ không gây ô nhiễm môi trường.
Vào những năm 1980, sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp bán dẫn trên bề mặt các hạt ô nhiễm của mặt nạ silicon wafer của công nghệ làm sạch đã đặt ra yêu cầu cao hơn, điểm mấu chốt là khắc phục sự ô nhiễm của các hạt vi mô và chất nền giữa lực hấp phụ lớn , các phương pháp làm sạch bằng hóa chất truyền thống, làm sạch cơ học, làm sạch bằng siêu âm không thể đáp ứng nhu cầu và làm sạch bằng laser có thể giải quyết các vấn đề ô nhiễm như vậy, các nghiên cứu và ứng dụng liên quan đã được phát triển nhanh chóng.
Năm 1987, đơn xin cấp bằng sáng chế về làm sạch bằng laser lần đầu tiên xuất hiện. Vào những năm 1990, Zapka đã ứng dụng thành công công nghệ làm sạch bằng laser vào quy trình sản xuất chất bán dẫn để loại bỏ các hạt vi mô trên bề mặt khẩu trang, hiện thực hóa việc sớm ứng dụng công nghệ làm sạch bằng laser trong lĩnh vực công nghiệp. Năm 1995, các nhà nghiên cứu đã sử dụng tia laser TEA-CO2 2 kW để làm sạch thành công lớp sơn thân máy bay.
Sau khi bước vào thế kỷ 21, với sự phát triển tốc độ cao của laser xung siêu ngắn, nghiên cứu và ứng dụng công nghệ làm sạch bằng laser trong và ngoài nước ngày càng tăng lên, tập trung vào bề mặt vật liệu kim loại, các ứng dụng điển hình của nước ngoài là loại bỏ sơn thân máy bay, khuôn tẩy nhờn bề mặt, loại bỏ carbon bên trong động cơ và làm sạch bề mặt các mối nối trước khi hàn. Viện hàn Edison Hoa Kỳ làm sạch bằng laser của máy bay chiến đấu FG16, khi công suất laser là 1 kW, thể tích làm sạch là 2,36 cm3 mỗi phút.
Điều đáng nói là việc nghiên cứu và ứng dụng phương pháp loại bỏ sơn bằng laser trên các bộ phận composite tiên tiến cũng đang là một điểm nóng lớn. Các cánh quạt máy bay trực thăng HG53, HG56 của Hải quân Hoa Kỳ và đuôi phẳng của máy bay chiến đấu F16 và các bề mặt composite khác đã được ứng dụng loại bỏ sơn bằng laser, trong khi vật liệu composite của Trung Quốc ứng dụng trong máy bay muộn, vì vậy nghiên cứu này về cơ bản vẫn chưa có kết quả.
Ngoài ra, việc sử dụng công nghệ làm sạch bằng laser để xử lý bề mặt composite CFRP của mối nối trước khi dán nhằm nâng cao độ bền của mối nối cũng là một trong những hướng nghiên cứu được chú trọng hiện nay. Công ty laser thích ứng với dây chuyền sản xuất ô tô Audi TT để cung cấp thiết bị làm sạch bằng laser sợi quang nhằm làm sạch bề mặt màng oxit khung cửa hợp kim nhôm nhẹ. Rolls G Royce UK đã sử dụng phương pháp làm sạch bằng laser để làm sạch màng oxit trên bề mặt các bộ phận động cơ máy bay bằng titan.
Công nghệ làm sạch bằng laser đã phát triển nhanh chóng trong hai năm qua, cho dù đó là các thông số và cơ chế làm sạch của quá trình làm sạch bằng laser, nghiên cứu đối tượng làm sạch hay ứng dụng nghiên cứu đều đã đạt được những tiến bộ vượt bậc. Công nghệ làm sạch bằng laser sau rất nhiều nghiên cứu lý thuyết, trọng tâm nghiên cứu của nó liên tục thiên về ứng dụng nghiên cứu và ứng dụng các kết quả đầy hứa hẹn. Trong tương lai, công nghệ làm sạch bằng laser trong việc bảo vệ các di tích văn hóa và tác phẩm nghệ thuật sẽ được sử dụng rộng rãi hơn và thị trường của nó rất rộng. Với sự phát triển của khoa học công nghệ, việc ứng dụng công nghệ làm sạch bằng laser trong công nghiệp ngày càng trở thành hiện thực, phạm vi ứng dụng ngày càng mở rộng.
Công ty tự động hóa laser Maven tập trung vào ngành công nghiệp laser trong 14 năm, chúng tôi chuyên đánh dấu laser, chúng tôi có máy làm sạch laser tủ máy, máy làm sạch laser hộp xe đẩy, máy làm sạch laser ba lô và máy làm sạch laser ba trong một, ngoài ra, chúng tôi còn có máy hàn laser, máy cắt laser và máy khắc dấu laser, nếu bạn quan tâm đến máy của chúng tôi, bạn có thể theo dõi chúng tôi và vui lòng liên hệ với chúng tôi.
Thời gian đăng: 14-11-2022
