Negli ultimi anni, la pulizia laser è diventata uno dei punti caldi della ricerca nel campo della produzione industriale, la ricerca copre il processo, la teoria, le attrezzature e le applicazioni. Nelle applicazioni industriali, la tecnologia di pulizia laser è stata in grado di pulire in modo affidabile un gran numero di superfici di substrati diversi, pulendo oggetti tra cui acciaio, alluminio, titanio, vetro e materiali compositi, ecc., industrie applicative che coprono l'aerospaziale, l'aviazione, le spedizioni, l'alta velocità ferroviario, automobilistico, stampi, energia nucleare e marina e altri campi.
La tecnologia di pulizia laser, risalente agli anni '60, presenta i vantaggi di un buon effetto pulente, un'ampia gamma di applicazioni, alta precisione, senza contatto e accessibilità. Nella produzione industriale, nella produzione e nella manutenzione e in altri settori hanno un'ampia gamma di prospettive di applicazione, si prevede che sostituiranno parzialmente o completamente i metodi di pulizia tradizionali e diventeranno la tecnologia di pulizia ecologica più promettente nel 21° secolo.
Metodo di pulizia laser
Il processo di pulizia laser è molto complesso e coinvolge una varietà di meccanismi di rimozione del materiale. Per un metodo di pulizia laser, il processo di pulizia può esistere contemporaneamente con una varietà di meccanismi, principalmente attribuibili all'interazione tra il laser e il materiale, tra cui l'ablazione della superficie del materiale, la decomposizione, la ionizzazione, il degrado, la fusione, la combustione, la vaporizzazione, la vibrazione, lo sputtering, l'espansione, il restringimento, l'esplosione, il peeling, lo spargimento e altri cambiamenti fisici e chimici. processo.
Allo stato attuale, i metodi tipici di pulizia laser sono principalmente tre: pulizia con ablazione laser, pulizia laser assistita da pellicola liquida e metodi di pulizia con onde d'urto laser.
Metodo di pulizia con ablazione laser
I principali meccanismi metodologici sono l'espansione termica, la vaporizzazione, l'ablazione e l'esplosione di fase. Il laser agisce direttamente sul materiale da rimuovere dalla superficie del substrato e le condizioni ambientali possono essere aria, gas rarefatto o vuoto. Le condizioni operative sono semplici e ampiamente utilizzate per rimuovere una varietà di rivestimenti, vernici, particelle o sporco. Il diagramma seguente mostra il diagramma del processo per il metodo di pulizia con ablazione laser.
Quando l'irradiazione laser sulla superficie del materiale, il substrato e i materiali di pulizia subiscono la prima espansione termica. Con l'aumento del tempo di interazione del laser con il materiale di pulizia, se la temperatura è inferiore alla soglia di cavitazione del materiale di pulizia, il processo di modifica fisica del solo materiale di pulizia, la differenza tra il materiale di pulizia e il coefficiente di dilatazione termica del substrato porta alla pressione all'interfaccia Se il materiale pulente si deforma, si strappa dalla superficie del substrato, si incrina, si rompe meccanicamente, viene schiacciato dalle vibrazioni, ecc., il materiale pulente viene rimosso mediante getto o rimosso dalla superficie del substrato.
Se la temperatura è superiore alla temperatura di soglia di gassificazione del materiale di pulizia, si presenteranno due situazioni: 1) la soglia di ablazione del materiale di pulizia è inferiore a quella del substrato; 2) la soglia di ablazione del materiale pulente è maggiore del substrato.
Questi due casi di materiali per la pulizia sono fusione, cavitazione e ablazione e altri cambiamenti fisico-chimici, il meccanismo di pulizia è più complesso, oltre agli effetti termici, ma può anche includere materiali e substrati per la pulizia tra la rottura del legame molecolare, la decomposizione o il degrado dei materiali per la pulizia, la fase esplosione, gassificazione dei materiali detergenti, ionizzazione istantanea, generazione di plasma.
(1)Pulizia laser assistita da film liquido
Il meccanismo del metodo prevede principalmente la vaporizzazione e la vibrazione dell'ebollizione del film liquido, ecc. L'uso della necessità di scegliere la lunghezza d'onda del laser appropriata, in modo da compensare la mancanza di pressione di impatto nel processo di pulizia dell'ablazione laser, può essere utilizzato per rimuovere alcuni dei più difficili da rimuovere l'oggetto da pulire.
Come mostrato nella figura seguente, la pellicola liquida (acqua, etanolo o altri liquidi) viene precoperta sulla superficie dell'oggetto da pulire, quindi viene utilizzato il laser per irradiarlo. La pellicola liquida assorbe l'energia laser provocando una forte esplosione del mezzo liquido, l'esplosione del movimento ad alta velocità del liquido bollente, il trasferimento di energia ai materiali per la pulizia della superficie, un'elevata forza esplosiva transitoria è sufficiente per rimuovere lo sporco superficiale per raggiungere gli scopi di pulizia.
Il metodo di pulizia laser assistito da pellicola liquida presenta due svantaggi.
Processo complicato e difficile da controllare.
Grazie all'uso della pellicola liquida, la composizione chimica della superficie del substrato dopo la pulizia è facile da modificare e generare nuove sostanze.
(1)Metodo di pulizia del tipo ad onda d'urto laser
L'approccio e il meccanismo del processo sono molto diversi dai primi due, il meccanismo è principalmente la rimozione della forza delle onde d'urto, gli oggetti da pulire sono principalmente particelle, principalmente per la rimozione di particelle (sub-micron o nanoscala). I requisiti del processo sono molto severi, sia per garantire la capacità di ionizzare l'aria, ma anche per mantenere una distanza adeguata tra il laser e il substrato per garantire che l'azione della forza d'impatto sulle particelle sia sufficientemente grande.
Di seguito è mostrato il diagramma schematico del processo di pulizia delle onde d'urto laser, il laser è parallelo alla direzione della superficie del substrato e il substrato non entra in contatto. Spostare il pezzo o la testa del laser per regolare la messa a fuoco del laser sulla particella vicino all'uscita del laser, si verificherà il punto focale del fenomeno della ionizzazione dell'aria, con conseguente onde d'urto, onde d'urto alla rapida espansione dell'espansione sferica ed estesa al contatto con le particelle. Quando il momento della componente trasversale dell'onda d'urto sulla particella è maggiore del momento della componente longitudinale e della forza di adesione della particella, la particella verrà rimossa mediante rotolamento.
Tecnologia di pulizia laser
Il meccanismo di pulizia laser si basa principalmente sulla superficie dell'oggetto dopo l'assorbimento dell'energia laser, o vaporizzazione e volatilizzazione, o espansione termica istantanea per superare l'adsorbimento di particelle sulla superficie, in modo che l'oggetto dalla superficie, e quindi ottenere il scopo della pulizia.
Riassumendo approssimativamente come: 1. decomposizione del vapore laser, 2. rimozione laser, 3. espansione termica delle particelle di sporco, 4. vibrazione della superficie del substrato e vibrazione delle particelle, quattro aspetti
Rispetto al processo di pulizia tradizionale, la tecnologia di pulizia laser presenta le seguenti caratteristiche.
1. Si tratta di un lavaggio "a secco", senza soluzioni detergenti o altre soluzioni chimiche e la pulizia è molto più elevata rispetto al processo di pulizia chimica.
2. L'ambito della rimozione dello sporco e la gamma di substrati applicabili sono molto ampi e
3. Attraverso la regolazione dei parametri del processo laser, non è possibile danneggiare la superficie del substrato sulla base dell'efficace rimozione dei contaminanti, la superficie è come nuova.
4. La pulizia laser può essere facilmente automatizzata.
5. Le apparecchiature di decontaminazione laser possono essere utilizzate per lungo tempo, bassi costi operativi.
6. La tecnologia di pulizia laser è: verde: processo di pulizia, eliminazione dei rifiuti è una polvere solida, di piccole dimensioni, facile da conservare, fondamentalmente non inquinerà l'ambiente.
Negli anni '80, il rapido sviluppo dell'industria dei semiconduttori sulla superficie delle particelle di contaminazione della maschera di wafer di silicio della tecnologia di pulizia ha presentato requisiti più elevati, il punto chiave è superare la contaminazione delle microparticelle e del substrato tra la grande forza di assorbimento , la pulizia chimica tradizionale, la pulizia meccanica, i metodi di pulizia ad ultrasuoni non sono in grado di soddisfare la domanda e la pulizia laser può risolvere tali problemi di inquinamento, la ricerca e le applicazioni correlate sono state sviluppate rapidamente.
Nel 1987, la prima domanda di brevetto sulla pulizia laser. Negli anni '90, Zapka ha applicato con successo la tecnologia di pulizia laser al processo di produzione dei semiconduttori per rimuovere le microparticelle dalla superficie della maschera, realizzando la prima applicazione della tecnologia di pulizia laser in campo industriale. Nel 1995, i ricercatori hanno utilizzato un laser TEA-CO2 da 2 kW per ottenere con successo la pulizia della rimozione della vernice della fusoliera degli aerei.
Dopo essere entrati nel 21° secolo, con lo sviluppo ad alta velocità di laser a impulsi ultracorti, la ricerca nazionale e straniera e l'applicazione della tecnologia di pulizia laser sono gradualmente aumentate, concentrandosi sulla superficie dei materiali metallici, tipiche applicazioni straniere sono la rimozione della vernice dalla fusoliera degli aerei, la rimozione di muffe sgrassaggio superficiale, rimozione del carbonio dall'interno del motore e pulizia superficiale delle giunzioni prima della saldatura. US Edison Welding Institute pulizia laser dell'aereo da guerra FG16, quando la potenza del laser di 1 kW, il volume di pulizia di 2,36 cm3 al minuto.
Vale la pena ricordare che anche la ricerca e l’applicazione della rimozione laser della vernice di parti composite avanzate rappresentano un importante punto caldo. L'HG53 della US Navy, le pale dell'elica dell'elicottero HG56, la coda piatta dell'aereo da caccia F16 e altre superfici composite sono state realizzate applicazioni di rimozione della vernice tramite laser, mentre i materiali compositi cinesi nelle applicazioni aeronautiche sono in ritardo, quindi tale ricerca è fondamentalmente vuota.
Inoltre, uno degli attuali focus della ricerca è l'uso della tecnologia di pulizia laser per il trattamento superficiale composito CFRP del giunto prima dell'incollaggio per migliorare la resistenza del giunto. adattare l'azienda laser alla linea di produzione automobilistica Audi TT per fornire apparecchiature di pulizia laser a fibra per pulire la superficie della pellicola di ossido del telaio della porta in lega di alluminio leggero. Rolls G Royce UK ha utilizzato la pulizia laser per pulire la pellicola di ossido sulla superficie dei componenti in titanio dei motori aeronautici.
La tecnologia di pulizia laser si è sviluppata rapidamente negli ultimi due anni, sia che si tratti dei parametri del processo di pulizia laser e del meccanismo di pulizia, della ricerca sugli oggetti di pulizia o dell'applicazione della ricerca, hanno fatto grandi progressi. Tecnologia di pulizia laser dopo molte ricerche teoriche, il focus della sua ricerca è costantemente orientato verso l'applicazione della ricerca e nell'applicazione di risultati promettenti. In futuro, la tecnologia di pulizia laser nella protezione delle reliquie culturali e delle opere d’arte sarà utilizzata più ampiamente e il suo mercato sarà molto ampio. Con lo sviluppo della scienza e della tecnologia, l'applicazione della tecnologia di pulizia laser nell'industria sta diventando una realtà e l'ambito di applicazione sta diventando sempre più ampio.
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Orario di pubblicazione: 14 novembre 2022
