Η κατασκευή υψηλών προδιαγραφών και η εξοικονόμηση ενέργειας και η μείωση των εκπομπών έχουν μια ολοένα και πιο επείγουσα ανάγκη για προηγμένες διαδικασίες. Όσον αφορά τη βιομηχανική επεξεργασία επιφανειών, υπάρχει επείγουσα ανάγκη για συνολική αναβάθμιση της τεχνολογίας και των διαδικασιών. Οι παραδοσιακές βιομηχανικές διαδικασίες καθαρισμού, όπως ο μηχανικός καθαρισμός με τριβή, ο καθαρισμός από χημική διάβρωση, ο ισχυρός καθαρισμός κρουσμάτων, ο καθαρισμός με υπερήχους υψηλής συχνότητας, όχι μόνο έχουν μεγάλους κύκλους καθαρισμού, αλλά είναι δύσκολο να αυτοματοποιηθούν, έχουν επιβλαβείς επιπτώσεις στο περιβάλλον και δεν επιτυγχάνουν επιθυμητό αποτέλεσμα καθαρισμού. Δεν μπορεί να καλύψει καλά τις ανάγκες της λεπτής επεξεργασίας.
Ωστόσο, με τις ολοένα και πιο εμφανείς αντιφάσεις μεταξύ της προστασίας του περιβάλλοντος, της υψηλής απόδοσης και της υψηλής ακρίβειας, οι παραδοσιακές μέθοδοι βιομηχανικού καθαρισμού αμφισβητούνται σε μεγάλο βαθμό. Ταυτόχρονα, έχουν προκύψει διάφορες τεχνολογίες καθαρισμού που ευνοούν την προστασία του περιβάλλοντος και κατάλληλες για ανταλλακτικά στον τομέα του υπερφινιρίσματος, και η τεχνολογία καθαρισμού με λέιζερ είναι μία από αυτές.
Έννοια καθαρισμού λέιζερ
Ο καθαρισμός με λέιζερ είναι μια τεχνολογία που χρησιμοποιεί ένα εστιασμένο λέιζερ για να δράσει στην επιφάνεια ενός υλικού για την ταχεία εξάτμιση ή την απολέπιση των ρύπων στην επιφάνεια, έτσι ώστε να καθαριστεί η επιφάνεια του υλικού. Σε σύγκριση με διάφορες παραδοσιακές μεθόδους φυσικού ή χημικού καθαρισμού, ο καθαρισμός με λέιζερ έχει τα χαρακτηριστικά χωρίς επαφή, χωρίς αναλώσιμα, χωρίς ρύπανση, υψηλή ακρίβεια, χωρίς ζημιές ή μικρές ζημιές και αποτελεί ιδανική επιλογή για μια νέα γενιά τεχνολογίας βιομηχανικού καθαρισμού.
Αρχή λειτουργίας μηχανής καθαρισμού λέιζερ
Η αρχή τουμηχανή καθαρισμού λέιζερείναι πιο περίπλοκο και μπορεί να περιλαμβάνει τόσο φυσικές όσο και χημικές διεργασίες. Σε πολλές περιπτώσεις, οι φυσικές διεργασίες είναι η κύρια διαδικασία, που συνοδεύεται από ορισμένες χημικές αντιδράσεις. Οι κύριες διεργασίες μπορούν να ταξινομηθούν σε τρεις κατηγορίες, συμπεριλαμβανομένης της διαδικασίας αεριοποίησης, της διαδικασίας κρούσης και της διαδικασίας ταλάντωσης.
Διαδικασία αεριοποίησης
Όταν το λέιζερ υψηλής ενέργειας ακτινοβολείται στην επιφάνεια του υλικού, η επιφάνεια απορροφά την ενέργεια λέιζερ και τη μετατρέπει σε εσωτερική ενέργεια, έτσι ώστε η θερμοκρασία της επιφάνειας να αυξάνεται γρήγορα και να φτάνει πάνω από τη θερμοκρασία εξάτμισης του υλικού, έτσι ώστε οι ρύποι να είναι χωρίζεται από την επιφάνεια του υλικού με τη μορφή ατμού. Η επιλεκτική εξάτμιση συμβαίνει συνήθως όταν ο ρυθμός απορρόφησης του φωτός λέιζερ από επιφανειακούς ρύπους είναι σημαντικά υψηλότερος από αυτόν του υποστρώματος. Χαρακτηριστική περίπτωση εφαρμογής είναι ο καθαρισμός ρύπων σε πέτρινες επιφάνειες. Όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα, οι ρύποι στην επιφάνεια της πέτρας έχουν ισχυρή απορρόφηση του λέιζερ και εξατμίζονται γρήγορα. Όταν αφαιρεθούν οι ρύποι και το λέιζερ ακτινοβοληθεί στην επιφάνεια της πέτρας, η απορρόφηση είναι ασθενής, περισσότερη ενέργεια λέιζερ διασκορπίζεται από την επιφάνεια της πέτρας, η αλλαγή θερμοκρασίας της επιφάνειας της πέτρας είναι μικρή και η επιφάνεια της πέτρας προστατεύεται από ζημιές.
Μια τυπική διαδικασία που βασίζεται σε χημικά συμβαίνει όταν ένα λέιζερ στη ζώνη υπεριώδους ακτινοβολίας χρησιμοποιείται για τον καθαρισμό οργανικών ρύπων, η οποία ονομάζεται αφαίρεση με λέιζερ. Τα υπεριώδη λέιζερ έχουν μικρά μήκη κύματος και υψηλή ενέργεια φωτονίων. Για παράδειγμα, τα λέιζερ excimer KrF έχουν μήκος κύματος 248 nm και ενέργεια φωτονίων τόσο υψηλή όσο 5 eV, που είναι 40 φορές υψηλότερη από την ενέργεια φωτονίων λέιζερ CO2 (0,12 eV). Τέτοια υψηλή ενέργεια φωτονίων είναι αρκετή για να καταστρέψει τους μοριακούς δεσμούς της οργανικής ύλης, έτσι ώστε τα CC, CH, CO κ.λπ. σε οργανικούς ρύπους να σπάσουν μετά την απορρόφηση της ενέργειας φωτονίων του λέιζερ, με αποτέλεσμα την αεριοποίηση και την απομάκρυνση της πυρόλυσης από την επιφάνεια.
Διαδικασία σοκ
Η διαδικασία κρούσης είναι μια σειρά από αντιδράσεις που συμβαίνουν κατά την αλληλεπίδραση μεταξύ του λέιζερ και του υλικού και στη συνέχεια σχηματίζεται ένα κρουστικό κύμα στην επιφάνεια του υλικού. Κάτω από τη δράση του κρουστικού κύματος, οι επιφανειακοί ρύποι διασπώνται και γίνονται σκόνη ή συντρίμμια που ξεφλουδίζονται από την επιφάνεια. Υπάρχουν πολλοί μηχανισμοί που προκαλούν κρουστικά κύματα, συμπεριλαμβανομένου του πλάσματος, του ατμού και της ταχείας θερμικής διαστολής και συστολής. Χρησιμοποιώντας τα κρουστικά κύματα πλάσματος ως παράδειγμα, είναι δυνατό να κατανοήσουμε εν συντομία πώς η διαδικασία σοκ στον καθαρισμό με λέιζερ απομακρύνει τους επιφανειακούς ρύπους. Με την εφαρμογή λέιζερ εξαιρετικά μικρού πλάτους παλμού (ns) και εξαιρετικά υψηλής ισχύος αιχμής (107–1010 W/cm2), η θερμοκρασία της επιφάνειας θα εξακολουθεί να αυξάνεται απότομα ακόμα και αν η επιφάνεια απορροφήσει ελαφρά το λέιζερ, φτάνοντας τη θερμοκρασία εξάτμισης αμέσως. Πάνω, ο ατμός σχηματίστηκε πάνω από την επιφάνεια του υλικού, όπως φαίνεται στο (α) στο παρακάτω σχήμα. Η θερμοκρασία του ατμού μπορεί να φτάσει τους 104 – 105 Κ, γεγονός που μπορεί να ιονίσει τον ίδιο τον ατμό ή τον περιβάλλοντα αέρα για να σχηματίσει ένα πλάσμα. Το πλάσμα θα εμποδίσει το λέιζερ να φτάσει στην επιφάνεια του υλικού και η εξάτμιση της επιφάνειας του υλικού μπορεί να σταματήσει, αλλά το πλάσμα θα συνεχίσει να απορροφά την ενέργεια του λέιζερ και η θερμοκρασία θα συνεχίσει να αυξάνεται, σχηματίζοντας μια τοπική κατάσταση εξαιρετικά υψηλή θερμοκρασία και υψηλή πίεση, η οποία παράγει στιγμιαία 1-100 kbar στην επιφάνεια του υλικού. Η κρούση μεταφέρεται σταδιακά στο εσωτερικό του υλικού, όπως φαίνεται στα σχήματα (β) και (γ) παρακάτω. Κάτω από τη δράση του κρουστικού κύματος, οι επιφανειακοί ρύποι διασπώνται σε μικροσκοπική σκόνη, σωματίδια ή θραύσματα. Όταν το λέιζερ απομακρύνεται από τη θέση ακτινοβολίας, το πλάσμα εξαφανίζεται και δημιουργείται τοπικά αρνητική πίεση και τα σωματίδια ή τα υπολείμματα των ρύπων απομακρύνονται από την επιφάνεια, όπως φαίνεται στο σχήμα (δ) παρακάτω.
Διαδικασία ταλάντωσης
Υπό τη δράση σύντομων παλμών, οι διαδικασίες θέρμανσης και ψύξης του υλικού είναι εξαιρετικά γρήγορες. Επειδή διαφορετικά υλικά έχουν διαφορετικούς συντελεστές θερμικής διαστολής, υπό την ακτινοβολία λέιζερ βραχέων παλμών, οι επιφανειακοί ρύποι και το υπόστρωμα θα υποστούν θερμική διαστολή και συστολή διαφορετικών βαθμών υψηλής συχνότητας, με αποτέλεσμα την ταλάντωση, προκαλώντας την αποκόλληση των ρύπων από την επιφάνεια του το υλικό. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας απολέπισης, ενδέχεται να μην συμβεί εξάτμιση του υλικού και να μην δημιουργηθεί πλάσμα. Αντίθετα, η δύναμη διάτμησης που σχηματίζεται στη διεπιφάνεια του ρύπου και του υποστρώματος υπό τη δράση της ταλάντωσης καταστρέφει τον δεσμό μεταξύ του ρύπου και του υποστρώματος. . Μελέτες έχουν δείξει ότι όταν η γωνία πρόσπτωσης του λέιζερ είναι ελαφρώς αυξημένη, η επαφή μεταξύ του λέιζερ και της μόλυνσης των σωματιδίων και της διεπαφής του υποστρώματος μπορεί να αυξηθεί, το κατώφλι του καθαρισμού με λέιζερ μπορεί να μειωθεί, το φαινόμενο ταλάντωσης είναι πιο εμφανές και η αποτελεσματικότητα καθαρισμού είναι υψηλότερη. Ωστόσο, η γωνία πρόσπτωσης δεν πρέπει να είναι πολύ μεγάλη. Μια πολύ μεγάλη γωνία πρόσπτωσης θα μειώσει την ενεργειακή πυκνότητα που δρα στην επιφάνεια του υλικού και θα εξασθενίσει την ικανότητα καθαρισμού του λέιζερ.
Βιομηχανικές Εφαρμογές Καθαριστικών Laser
Βιομηχανία καλουπιών
Το καθαριστικό λέιζερ μπορεί να πραγματοποιήσει τον καθαρισμό του καλουπιού χωρίς επαφή, ο οποίος είναι πολύ ασφαλής για την επιφάνεια του καλουπιού, μπορεί να εξασφαλίσει την ακρίβειά του και μπορεί να καθαρίσει τα σωματίδια βρωμιάς κάτω του μικρού που δεν μπορούν να αφαιρεθούν με παραδοσιακές μεθόδους καθαρισμού, έτσι ώστε να για να επιτύχετε καθαρισμό πραγματικά χωρίς ρύπους, αποτελεσματικό και υψηλής ποιότητας.
Βιομηχανία οργάνων ακριβείας
Η βιομηχανία μηχανημάτων ακριβείας χρειάζεται συχνά να αφαιρεί εστέρες και ορυκτέλαια που χρησιμοποιούνται για λίπανση και αντοχή στη διάβρωση από εξαρτήματα, συνήθως χημικά, και ο χημικός καθαρισμός συχνά αφήνει υπολείμματα. Η αποεστεροποίηση με λέιζερ μπορεί να αφαιρέσει πλήρως τους εστέρες και τα ορυκτέλαια χωρίς να καταστρέψει την επιφάνεια των εξαρτημάτων. Το λέιζερ προωθεί την εκρηκτική αεριοποίηση του λεπτού στρώματος οξειδίου στην επιφάνεια του εξαρτήματος για να σχηματίσει ένα κρουστικό κύμα, το οποίο έχει ως αποτέλεσμα την απομάκρυνση των ρύπων παρά τη μηχανική αλληλεπίδραση.
Σιδηροδρομική Βιομηχανία
Προς το παρόν, όλος ο προ-συγκολλητικός καθαρισμός των σιδηροτροχιών υιοθετεί καθαρισμό τύπου τροχού λείανσης και λειαντικού ιμάντα, ο οποίος προκαλεί σοβαρή ζημιά στο υπόστρωμα και σοβαρή υπολειμματική καταπόνηση και καταναλώνει πολλά αναλώσιμα τροχών λείανσης κάθε χρόνο, τα οποία είναι δαπανηρά και προκαλούν σοβαρές ρύπανση του περιβάλλοντος από τη σκόνη. Ο καθαρισμός με λέιζερ μπορεί να προσφέρει υψηλής ποιότητας και αποτελεσματική τεχνολογία πράσινου καθαρισμού για την παραγωγή σιδηροδρομικών γραμμών υψηλής ταχύτητας της χώρας μου, να λύσει τα παραπάνω προβλήματα, να εξαλείψει ελαττώματα συγκόλλησης όπως τρύπες σιδηροτροχιάς χωρίς συγκόλληση και γκρίζες κηλίδες και να βελτιώσει τη σταθερότητα και την ασφάλεια της υψηλής ταχύτητας της χώρας μου -λειτουργία σιδηροδρόμου ταχύτητας.
Αεροπορική Βιομηχανία
Η επιφάνεια του αεροσκάφους πρέπει να βαφεί ξανά μετά από ένα ορισμένο χρονικό διάστημα, αλλά το αρχικό παλιό χρώμα πρέπει να αφαιρεθεί εντελώς πριν το βάψιμο. Η χημική διαβροχή/σκούπισμα είναι η κύρια μέθοδος απογύμνωσης βαφής στον τομέα της αεροπορίας. Αυτή η μέθοδος έχει ως αποτέλεσμα μεγάλη ποσότητα χημικών βοηθητικών αποβλήτων και είναι αδύνατο να επιτευχθεί τοπική συντήρηση και απογύμνωση βαφής. Αυτή η διαδικασία είναι μεγάλος φόρτος εργασίας και επιβλαβής για την υγεία. Ο καθαρισμός με λέιζερ επιτρέπει την υψηλής ποιότητας αφαίρεση του χρώματος στις επιφάνειες του δέρματος των αεροσκαφών και αυτοματοποιείται εύκολα για παραγωγή. Προς το παρόν, η τεχνολογία καθαρισμού με λέιζερ έχει εφαρμοστεί στη συντήρηση ορισμένων μοντέλων προηγμένης τεχνολογίας.
Ναυτιλιακή Βιομηχανία
Προς το παρόν, ο προπαραγωγικός καθαρισμός των πλοίων υιοθετεί κυρίως τη μέθοδο αμμοβολής. Η μέθοδος της αμμοβολής έχει προκαλέσει σοβαρή ρύπανση από σκόνη στο περιβάλλον και σταδιακά έχει απαγορευτεί, με αποτέλεσμα τη μείωση ή και την αναστολή της παραγωγής από τους ναυπηγούς. Η τεχνολογία καθαρισμού λέιζερ θα παρέχει μια πράσινη και χωρίς ρύπανση λύση καθαρισμού για αντιδιαβρωτικό ψεκασμό στις επιφάνειες των πλοίων.
όπλα
Η τεχνολογία καθαρισμού με λέιζερ έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως στη συντήρηση όπλων. Το σύστημα καθαρισμού με λέιζερ μπορεί να αφαιρέσει τη σκουριά και τους ρύπους αποτελεσματικά και γρήγορα και μπορεί να επιλέξει το τμήμα καθαρισμού για να πραγματοποιήσει την αυτοματοποίηση του καθαρισμού. Χρησιμοποιώντας τον καθαρισμό με λέιζερ, όχι μόνο η καθαριότητα είναι υψηλότερη από τη διαδικασία χημικού καθαρισμού, αλλά επίσης δεν έχει σχεδόν καμία ζημιά στην επιφάνεια του αντικειμένου. Ρυθμίζοντας διαφορετικές παραμέτρους, το μηχάνημα καθαρισμού λέιζερ μπορεί επίσης να σχηματίσει ένα πυκνό προστατευτικό φιλμ οξειδίου ή στρώμα τήξης μετάλλων στην επιφάνεια μεταλλικών αντικειμένων για βελτίωση της αντοχής της επιφάνειας και της αντοχής στη διάβρωση. Τα απόβλητα που αφαιρούνται από το λέιζερ βασικά δεν μολύνουν το περιβάλλον και μπορούν επίσης να λειτουργήσουν σε μεγάλη απόσταση, γεγονός που μειώνει αποτελεσματικά τη βλάβη στην υγεία του χειριστή.
Εξωτερικό κτίριο
Όλο και περισσότεροι ουρανοξύστες κατασκευάζονται και το πρόβλημα καθαρισμού της κατασκευής εξωτερικών τοίχων γίνεται όλο και πιο εμφανές. Το σύστημα καθαρισμού με λέιζερ καθαρίζει καλά τους εξωτερικούς τοίχους των κτιρίων μέσω οπτικών ινών. Η λύση με μέγιστο μήκος 70 μέτρα μπορεί να καθαρίσει αποτελεσματικά διάφορους ρύπους σε διάφορες πέτρες, μέταλλα και γυαλί και η απόδοσή της είναι πολύ μεγαλύτερη από αυτή του συμβατικού καθαρισμού. Μπορεί επίσης να αφαιρέσει μαύρα στίγματα και λεκέδες από διάφορες πέτρες σε κτίρια. Η δοκιμή καθαρισμού του συστήματος καθαρισμού με λέιζερ σε κτίρια και πέτρινα μνημεία δείχνει ότι ο καθαρισμός με λέιζερ έχει καλή επίδραση στην προστασία της εμφάνισης αρχαίων κτιρίων.
Βιομηχανία Ηλεκτρονικών
Η βιομηχανία ηλεκτρονικών χρησιμοποιεί λέιζερ για την αφαίρεση οξειδίων: Η βιομηχανία ηλεκτρονικών ειδών απαιτεί απολύμανση υψηλής ακρίβειας και η αποξείδωση με λέιζερ είναι ιδιαίτερα κατάλληλη. Οι πείροι των εξαρτημάτων πρέπει να αποοξειδωθούν καλά πριν από τη συγκόλληση της πλακέτας για να διασφαλιστεί η βέλτιστη ηλεκτρική επαφή και οι ακίδες δεν πρέπει να καταστραφούν κατά τη διαδικασία απολύμανσης. Ο καθαρισμός με λέιζερ μπορεί να καλύψει τις απαιτήσεις χρήσης και η απόδοση είναι πολύ υψηλή και απαιτείται μόνο μία ακτινοβολία λέιζερ για κάθε βελόνα.
Πυρηνικός Σταθμός
Τα συστήματα καθαρισμού με λέιζερ χρησιμοποιούνται επίσης στον καθαρισμό σωλήνων αντιδραστήρων σε πυρηνικούς σταθμούς. Χρησιμοποιεί μια οπτική ίνα για να εισάγει μια δέσμη λέιζερ υψηλής ισχύος στον αντιδραστήρα για την άμεση αφαίρεση της ραδιενεργής σκόνης και το καθαρισμένο υλικό καθαρίζεται εύκολα. Και επειδή λειτουργεί από απόσταση, η ασφάλεια του προσωπικού μπορεί να είναι εγγυημένη.
Περίληψη
Η σημερινή προηγμένη μεταποιητική βιομηχανία έχει γίνει το επιβλητικό ύψος του διεθνούς ανταγωνισμού. Ως προηγμένο σύστημα στην κατασκευή λέιζερ, η μηχανή καθαρισμού λέιζερ έχει μεγάλες δυνατότητες για αξία εφαρμογής στη βιομηχανική ανάπτυξη. Η δυναμικά αναπτυσσόμενη τεχνολογία καθαρισμού με λέιζερ έχει πολύ σημαντική στρατηγική σημασία για την οικονομική και κοινωνική ανάπτυξη.