Sự phát triển và nguyên tắc làm sạch bằng laser
Các phương pháp làm sạch công nghiệp truyền thống chủ yếu bao gồm nước áp suất cao, thuốc thử hóa học, siêu âm và mài cơ học, nhưng các phương pháp làm sạch này có vấn đề là làm hỏng bề mặt, môi trường làm việc kém, ô nhiễm, làm sạch không hoàn toàn ở một số vị trí và chi phí làm sạch cao.Với tình trạng ô nhiễm môi trường ngày càng trầm trọng, các học giả trên toàn thế giới đang tích cực phát triển các công nghệ làm sạch mới nhằm tiết kiệm năng lượng, bảo vệ môi trường và hiệu quả cao.Do công nghệ làm sạch bằng laser có nhiều ưu điểm như ít hư hỏng vật liệu ma trận, độ chính xác làm sạch cao, không phát xạ và không gây ô nhiễm nên nó dần được giới học thuật và công nghiệp coi trọng và ưa chuộng.Không còn nghi ngờ gì nữa, việc ứng dụng công nghệ làm sạch bằng laser để làm sạch bụi bẩn trên bề mặt kim loại có một triển vọng rất rộng.
Lịch sử phát triển và tình hình hiện tại của công nghệ làm sạch bằng laser
Vào những năm 1960, nhà vật lý nổi tiếng Schawlow lần đầu tiên đề xuất khái niệm làm sạch bằng tia laser, sau đó áp dụng công nghệ này vào việc sửa chữa và bảo trì các cuốn sách cổ.Phạm vi khử nhiễm của quá trình tẩy rửa bằng tia laser nước ngoài rất rộng, từ lớp gỉ dày đến các hạt mịn trên bề mặt vật thể, bao gồm tẩy rửa các di tích văn hóa và tác phẩm nghệ thuật, loại bỏ chất bẩn cao su trên bề mặt khuôn lốp, loại bỏ silicone dầu ô nhiễm trên bề mặt của màng vàng và làm sạch chính xác cao của ngành công nghiệp vi điện tử.Ở Trung Quốc, công nghệ làm sạch bằng laser thực sự bắt đầu từ năm 2004. Trung Quốc bắt đầu đầu tư nhiều nhân lực và vật lực để tăng cường nghiên cứu công nghệ làm sạch bằng laser.Trong mười năm gần đây, với sự phát triển của các loại laser tiên tiến, từ laser carbon dioxide kém hiệu quả và cồng kềnh đến laser sợi quang nhẹ và nhỏ gọn;Từ laser đầu ra liên tục đến laser xung ngắn nanosecond, picosecond và femtosecond;Từ đầu ra ánh sáng nhìn thấy đến ánh sáng hồng ngoại sóng dài và đầu ra ánh sáng tử ngoại sóng ngắn ... Laser đã tạo ra một bước nhảy vọt về sản lượng năng lượng, dải bước sóng, chất lượng laser và hiệu suất chuyển đổi năng lượng.Sự phát triển của laser đương nhiên thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng của công nghệ làm sạch bằng laser.Công nghệ làm sạch bằng laser đã đạt được nhiều kết quả về lý thuyết và ứng dụng.
Nguyên lý của công nghệ làm sạch bằng laser
Quá trình làm sạch bằng laser xung phụ thuộc vào đặc tính của xung quang do laser tạo ra, và dựa trên phản ứng quang lý gây ra bởi sự tương tác giữa chùm tia cường độ cao, laser xung ngắn và lớp ô nhiễm.Nguyên lý vật lý của nó có thể được tóm tắt như sau:
a) Chùm tia do laze phát ra bị hấp thụ bởi lớp ô nhiễm trên bề mặt cần xử lý;
b) Sự hấp thụ năng lượng lớn tạo thành plasma giãn nở nhanh (khí không bền có tính ion hóa cao) và tạo ra sóng xung kích;
c) Sóng xung kích biến các chất ô nhiễm thành các mảnh và được loại bỏ;
d) Độ rộng xung ánh sáng phải đủ ngắn để tránh tích tụ nhiệt làm phá hủy bề mặt được xử lý;
e) Thực nghiệm cho thấy khi trên bề mặt kim loại có các oxit thì trên bề mặt kim loại xảy ra hiện tượng plasma.
Plasma chỉ được tạo ra khi mật độ năng lượng cao hơn ngưỡng, điều này phụ thuộc vào lớp ô nhiễm hoặc lớp ôxít bị loại bỏ.Hiệu ứng ngưỡng này rất quan trọng để làm sạch hiệu quả mà vẫn đảm bảo an toàn cho vật liệu nền.Có một ngưỡng thứ hai cho sự xuất hiện của huyết tương.Nếu mật độ năng lượng vượt quá ngưỡng này, vật liệu nền sẽ bị phá hủy.Để làm sạch hiệu quả vật liệu nền trên cơ sở đảm bảo an toàn cho vật liệu nền, các thông số laser phải được điều chỉnh tùy theo tình huống, sao cho mật độ năng lượng của xung quang nằm giữa hai ngưỡng.
Ưu điểm của làm sạch bằng laser
So với các phương pháp làm sạch truyền thống như làm sạch bằng ma sát cơ học, làm sạch ăn mòn bằng hóa chất, làm sạch bằng chất lỏng rắn va chạm mạnh và làm sạch bằng sóng siêu âm tần số cao, làm sạch bằng laser có năm ưu điểm rõ ràng:
- Lợi thế bảo vệ môi trường: làm sạch bằng laser là một phương pháp làm sạch "xanh".Nó không cần sử dụng bất kỳ tác nhân hóa học và dung dịch tẩy rửa nào.Chất thải được làm sạch về cơ bản là dạng bột rắn, thể tích nhỏ, dễ bảo quản, có thể tái chế, không có phản ứng quang hóa và không gây ô nhiễm.
- Lợi thế về hiệu ứng: phương pháp làm sạch truyền thống thường là làm sạch tiếp xúc, tác động cơ học lên bề mặt của vật được làm sạch, làm hỏng bề mặt của vật hoặc môi trường làm sạch dính vào bề mặt của vật được làm sạch, không thể loại bỏ và tạo ra ô nhiễm thứ cấp. .Hiệu ứng không mài, không tiếp xúc và không nhiệt của việc làm sạch bằng laser sẽ không làm hỏng bề mặt nền, do đó những vấn đề này có thể được giải quyết.
- Kiểm soát lợi thế: tia laser có thể được truyền qua cáp quang và hợp tác với người điều khiển và robot để thực hiện thao tác từ xa một cách thuận tiện.Nó có thể làm sạch các bộ phận không dễ tiếp cận bằng các phương pháp truyền thống, có thể đảm bảo an toàn cho nhân viên ở một số nơi nguy hiểm.
- Ưu điểm thuận tiện:làm sạch bằng laser có thể loại bỏ các loại chất ô nhiễm trên bề mặt của các vật liệu khác nhau và đạt được độ sạch mà cách làm sạch thông thường không thể đạt được.Nó cũng có thể làm sạch một cách chọn lọc các chất ô nhiễm trên bề mặt vật liệu mà không làm hỏng bề mặt vật liệu.
- Lợi thế chi phí:làm sạch bằng laser nhanh chóng, hiệu quả và tiết kiệm thời gian;Ở giai đoạn này, mặc dù đầu tư một lần mua hệ thống làm sạch bằng tia laser trong giai đoạn đầu là cao nhưng hệ thống làm sạch có thể sử dụng ổn định trong thời gian dài và chi phí vận hành thấp.Quan trọng hơn, nó có thể dễ dàng nhận ra hoạt động tự động.Có thể dự đoán rằng chi phí của hệ thống làm sạch bằng laser sẽ giảm đáng kể trong tương lai, để giảm chi phí sử dụng công nghệ làm sạch bằng laser.
Phương pháp làm sạch bằng laser có thể được chia thành ba loại sau:
1. Giặt khô bằng laser
Bức xạ laser được sử dụng để khử nhiễm trực tiếp.Sau khi tia laser bị hấp thụ bởi các vật thể hoặc các hạt bụi bẩn, nó sẽ tạo ra rung động, để tách ma trận và các chất ô nhiễm.Có hai cách chính để loại bỏ các hạt bụi bẩn trong quá trình giặt khô bằng laser: một là sự giãn nở nhiệt tức thời của bề mặt đế, dẫn đến rung động, để các hạt bám trên bề mặt có thể bị loại bỏ.Khác là các hạt rời khỏi bề mặt đế do sự giãn nở nhiệt của bản thân các hạt.
2. Làm sạch ướt bằng laser
Làm sạch ướt bằng tia laze là phủ đều một lớp màng lỏng vừa phải lên bề mặt vật liệu cần làm sạch, sau đó dùng bức xạ laze loại bỏ các vết bẩn.Theo sự hấp thụ của laser bởi màng điện môi và chất nền, làm sạch ướt có thể được chia thành hấp thụ chất nền mạnh, hấp thụ màng điện môi mạnh và hấp thụ chung của chất nền phim điện môi.Trong quá trình hấp thụ ma trận mạnh, sau khi ma trận hấp thụ năng lượng laze, nhiệt được truyền đến màng môi chất lỏng, lớp chất lỏng ở mặt phân cách giữa ma trận và chất lỏng bị quá nhiệt và sôi, đồng thời loại bỏ lớp chất lỏng và vết bẩn cùng nhau.
3. Làm sạch bằng laser + khí trơ
Cùng lúc bức xạ laser, khí trơ được thổi tới bề mặt phôi.Khi các chất ô nhiễm bị loại bỏ khỏi bề mặt, chúng sẽ được thổi bay ra xa bề mặt bằng khí để tránh ô nhiễm và oxy hóa bề mặt sạch.
Các lĩnh vực ứng dụng của làm sạch bằng laser
Với sự phát triển của công nghệ làm sạch bằng tia laser, công nghệ làm sạch bằng tia laser đã được phổ biến cho nhiều ngành ứng dụng trong công nghiệp, như hình dưới đây:
- Lĩnh vực vi điện tử: linh kiện bán dẫn, thiết bị vi điện tử, mẫu bộ nhớ, v.v.;
- Lĩnh vực bảo vệ di tích văn hóa: chạm khắc đá, đồ đồng, thủy tinh, tranh sơn dầu và tranh tường;
- Làm sạch mài mòn: khuôn cao su, khuôn composite, khuôn kim loại, v.v ...;
- Xử lý bề mặt: xử lý ưa nước, tạo nhám bề mặt, xử lý mối hàn trước và sau khi hàn, v.v.;
- Sơn và tẩy gỉ: máy bay, tàu thủy, vũ khí và thiết bị, cầu, bình chịu áp lực kim loại, đường ống kim loại, v.v.;Bộ phận máy bay, bộ phận sản phẩm điện, v.v.;
- Khác: Graffiti đô thị, con lăn in ấn, tường bên ngoài tòa nhà, công nghiệp hạt nhân, v.v.
Làm sạch bằng tia laser sẽ trở thành xu hướng phát triển chung của thị trường làm sạch.Mặc dù hiện nay, làm sạch bằng tia laser không thể thay thế hoàn toàn công nghệ làm sạch truyền thống nhưng với sự tiến bộ của khoa học công nghệ và yêu cầu bảo vệ môi trường ngày càng nâng cao, làm sạch bằng laser sẽ trở thành xu hướng chung của sự phát triển của thị trường làm sạch toàn cầu.Bằng cách phát triển các hệ thống và thiết bị làm sạch bằng laser mới và tối ưu hóa quy trình làm sạch, nâng cao hiệu quả làm sạch, giảm chi phí làm sạch, giảm thiệt hại của bề mặt cần làm sạch, và thực hiện quá trình làm sạch tự động, xanh và hiệu quả cho bề mặt kim loại phải là nhu cầu của thị trường tương lai.Thâm Quyến Herolaser Equipment Co., Ltd. là một doanh nghiệp tham gia vào lĩnh vực R & D, sản xuất và kinh doanh máy làm sạch bằng laser.Hiện tại, máy làm sạch laser xung 100W-2000W do Herolaser tung ra trong lĩnh vực làm sạch bằng laser đã được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực xử lý bề mặt, làm sạch khuôn, sơn và tẩy rỉ sét và sản xuất phần cứng khác, ô tô và đường sắt.