في السنوات الأخيرة، أصبح التنظيف بالليزر أحد أهم نقاط البحث في مجال التصنيع الصناعي، وتغطي الأبحاث العملية والنظرية والمعدات والتطبيقات. في التطبيقات الصناعية، تمكنت تقنية التنظيف بالليزر من تنظيف عدد كبير من أسطح الركائز المختلفة بشكل موثوق، وأشياء التنظيف بما في ذلك الفولاذ والألومنيوم والتيتانيوم والزجاج والمواد المركبة، وما إلى ذلك، والصناعات التطبيقية التي تغطي الفضاء والطيران والشحن والسرعة العالية. السكك الحديدية والسيارات والعفن والطاقة النووية والمجالات البحرية وغيرها.
تتميز تقنية التنظيف بالليزر، التي يعود تاريخها إلى الستينيات، بمزايا تأثير التنظيف الجيد، ومجموعة واسعة من التطبيقات، والدقة العالية، وعدم الاتصال وإمكانية الوصول. في التصنيع الصناعي، يتمتع الإنتاج والصيانة والمجالات الأخرى بمجموعة واسعة من آفاق التطبيق، ومن المتوقع أن تحل محل طرق التنظيف التقليدية جزئيًا أو كليًا، وتصبح تكنولوجيا التنظيف الخضراء الواعدة في القرن الحادي والعشرين.
طريقة التنظيف بالليزر
عملية التنظيف بالليزر معقدة للغاية، وتتضمن مجموعة متنوعة من آليات إزالة المواد، بالنسبة لطريقة التنظيف بالليزر، قد توجد عملية التنظيف في نفس الوقت مجموعة متنوعة من الآليات، والتي تعزى بشكل أساسي إلى التفاعل بين الليزر والمادة، بما في ذلك استئصال سطح المادة، التحلل، التأين، التحلل، الذوبان، الاحتراق، التبخر، الاهتزاز، الاخرق، التوسع، الانكماش، الانفجار، التقشير، التساقط وغيرها من التغيرات الفيزيائية والكيميائية. عملية.
في الوقت الحاضر، تتألف طرق التنظيف بالليزر النموذجية بشكل أساسي من ثلاث طرق: التنظيف بالاستئصال بالليزر، والتنظيف بالليزر بمساعدة الفيلم السائل، وطرق التنظيف بموجة الصدمة بالليزر.
طريقة التنظيف بالاستئصال بالليزر
الآليات المنهجية الرئيسية هي التمدد الحراري، والتبخير، والاجتثاث، وانفجار الطور. يعمل الليزر مباشرة على المادة المراد إزالتها من سطح الركيزة ويمكن أن تكون الظروف المحيطة عبارة عن هواء أو غاز مخلخل أو فراغ. تعتبر ظروف التشغيل بسيطة وتستخدم على نطاق واسع لإزالة مجموعة متنوعة من الطلاءات أو الدهانات أو الجزيئات أو الأوساخ. يوضح الرسم البياني أدناه مخطط العملية لطريقة التنظيف بالاستئصال بالليزر.
عندما يتم تشعيع الليزر على سطح المادة، فإن الركيزة ومواد التنظيف هي أول تمدد حراري. مع زيادة وقت تفاعل الليزر مع مادة التنظيف، إذا كانت درجة الحرارة أقل من عتبة التجويف لمادة التنظيف، فإن مادة التنظيف هي عملية التغيير المادي فقط، والفرق بين مادة التنظيف ومعامل التمدد الحراري للركيزة يؤدي إلى الضغط في الواجهة ، انبعاج مواد التنظيف، والتمزق من سطح الركيزة، والتكسير، والكسر الميكانيكي، وسحق الاهتزاز، وما إلى ذلك، تتم إزالة مواد التنظيف بالنفث أو تجريد سطح الركيزة.
إذا كانت درجة الحرارة أعلى من درجة حرارة عتبة التغويز لمواد التنظيف، فسيكون هناك حالتان: 1) عتبة الاجتثاث لمواد التنظيف أقل من الركيزة؛ 2) عتبة الاجتثاث لمواد التنظيف أكبر من الركيزة.
هاتان الحالتان لمواد التنظيف هما الذوبان والتجويف والاجتثاث والتغيرات الفيزيائية والكيميائية الأخرى، وآلية التنظيف أكثر تعقيدًا، بالإضافة إلى التأثيرات الحرارية، ولكنها قد تشمل أيضًا مواد التنظيف والركائز بين كسر الرابطة الجزيئية، وتحلل مواد التنظيف أو التحلل، المرحلة الانفجار، تغويز مواد التنظيف، التأين الفوري، توليد البلازما.
(1)الفيلم السائل بمساعدة التنظيف بالليزر
تعتمد آلية الطريقة بشكل أساسي على تبخر وغليان الفيلم السائل والاهتزاز، وما إلى ذلك. يمكن استخدام الحاجة إلى اختيار الطول الموجي المناسب لليزر، بطريقة تعوض عن نقص ضغط التأثير في عملية التنظيف بالاستئصال بالليزر، لإزالة بعض من أصعب إزالة كائن التنظيف.
كما هو موضح في الشكل أدناه، يتم تغطية الفيلم السائل (الماء أو الإيثانول أو السوائل الأخرى) مسبقًا على سطح جسم التنظيف، ثم يتم استخدام الليزر لتشعيعه. يمتص الفيلم السائل طاقة الليزر مما يؤدي إلى انفجار قوي للوسائط السائلة، وانفجار حركة السائل المغلي عالية السرعة، ونقل الطاقة إلى مواد تنظيف السطح، وقوة انفجارية عابرة عالية كافية لإزالة الأوساخ السطحية لتحقيق أغراض التنظيف.
طريقة التنظيف بالليزر بمساعدة الفيلم السائل لها عيبان.
عملية مرهقة ويصعب السيطرة عليها.
بسبب استخدام الفيلم السائل، من السهل تغيير التركيب الكيميائي لسطح الركيزة بعد التنظيف وتوليد مواد جديدة.
(1)طريقة التنظيف من نوع موجة الصدمة بالليزر
يختلف نهج وآلية العملية كثيرًا عن الأولين، حيث تتمثل الآلية بشكل أساسي في إزالة قوة موجة الصدمة، وتكون كائنات التنظيف عبارة عن جزيئات بشكل أساسي، وذلك بشكل أساسي لإزالة الجزيئات (دون الميكرون أو مقياس النانو). متطلبات العملية صارمة للغاية، وذلك لضمان القدرة على تأين الهواء، ولكن أيضًا للحفاظ على مسافة مناسبة بين الليزر والركيزة لضمان أن التأثير على جزيئات قوة التأثير كبير بما يكفي.
يظهر الرسم التخطيطي لعملية تنظيف موجة الصدمة بالليزر أدناه، حيث يتوازى الليزر مع اتجاه لقطة سطح الركيزة، ولا تتلامس الركيزة. حرك قطعة العمل أو رأس الليزر لضبط تركيز الليزر على الجسيم بالقرب من مخرج الليزر، وستحدث النقطة المحورية لظاهرة تأين الهواء، مما يؤدي إلى موجات صدمية، وموجات صادمة للتوسع السريع للتوسع الكروي، وتمتد لتلامس مع الجزيئات. عندما يكون عزم المكون العرضي لموجة الصدمة على الجسيم أكبر من عزم المكون الطولي وقوة التصاق الجسيم، سيتم إزالة الجسيم عن طريق التدحرج.
تكنولوجيا التنظيف بالليزر
تعتمد آلية التنظيف بالليزر بشكل أساسي على سطح الجسم بعد امتصاص طاقة الليزر، أو التبخر والتطاير، أو التمدد الحراري اللحظي للتغلب على امتزاز الجزيئات على السطح، بحيث يخرج الجسم من السطح، ومن ثم تحقيق الغرض من التنظيف.
يتم تلخيصها تقريبًا على النحو التالي: 1. تحلل بخار الليزر، 2. تجريد الليزر، 3. التمدد الحراري لجزيئات الأوساخ، 4. اهتزاز سطح الركيزة واهتزاز الجسيمات أربعة جوانب
بالمقارنة مع عملية التنظيف التقليدية، تتميز تقنية التنظيف بالليزر بالخصائص التالية.
1. إنه تنظيف "جاف"، لا يوجد فيه محلول تنظيف أو محاليل كيميائية أخرى، ونظافة أعلى بكثير من عملية التنظيف الكيميائي.
2. نطاق إزالة الأوساخ ونطاق الركيزة المطبق واسع جدًا
3. من خلال تنظيم معلمات عملية الليزر، لا يمكن إتلاف سطح الركيزة على أساس الإزالة الفعالة للملوثات، وهو السطح جيد مثل الجديد.
4. يمكن أن يكون التنظيف بالليزر عملية آلية بسهولة.
5. يمكن استخدام معدات إزالة التلوث بالليزر لفترة طويلة، وتكاليف تشغيل منخفضة.
6. تكنولوجيا التنظيف بالليزر هي: الأخضر: عملية التنظيف، والتخلص من النفايات عبارة عن مسحوق صلب، وصغير الحجم، وسهل التخزين، ولن يلوث البيئة بشكل أساسي.
في الثمانينيات، أدى التطور السريع لصناعة أشباه الموصلات على سطح جزيئات تلوث قناع رقاقة السيليكون لتكنولوجيا التنظيف إلى طرح متطلبات أعلى، والنقطة الأساسية هي التغلب على تلوث الجسيمات الدقيقة والركيزة بين قوة الامتزاز الكبيرة ، التنظيف الكيميائي التقليدي، التنظيف الميكانيكي، طرق التنظيف بالموجات فوق الصوتية غير قادرة على تلبية الطلب، والتنظيف بالليزر يمكن أن يحل مشاكل التلوث هذه، وقد تم تطوير الأبحاث والتطبيقات ذات الصلة بسرعة.
وفي عام 1987 كان أول ظهور لطلب براءة الاختراع في مجال التنظيف بالليزر. في التسعينيات، نجح Zapka في تطبيق تقنية التنظيف بالليزر على عملية تصنيع أشباه الموصلات لإزالة الجزيئات الدقيقة من سطح القناع، محققًا التطبيق المبكر لتقنية التنظيف بالليزر في المجال الصناعي. في عام 1995، استخدم الباحثون ليزر TEA-CO2 بقدرة 2 كيلووات لتحقيق تنظيف إزالة طلاء جسم الطائرة بنجاح.
بعد دخول القرن الحادي والعشرين، مع التطور عالي السرعة لأشعة الليزر النبضية القصيرة جدًا، زادت الأبحاث المحلية والأجنبية وتطبيق تكنولوجيا التنظيف بالليزر تدريجيًا، مع التركيز على سطح المواد المعدنية، والتطبيقات الأجنبية النموذجية هي إزالة طلاء جسم الطائرة، وإزالة العفن. إزالة الشحوم السطحية وإزالة الكربون الداخلي للمحرك وتنظيف سطح المفاصل قبل اللحام. معهد إديسون اللحام الأمريكي يقوم بالتنظيف بالليزر للطائرة الحربية FG16، عندما تبلغ قوة الليزر 1 كيلوواط، يبلغ حجم التنظيف 2.36 سم3 في الدقيقة.
ومن الجدير بالذكر أن البحث والتطبيق لإزالة الطلاء بالليزر للأجزاء المركبة المتقدمة يعد أيضًا نقطة ساخنة رئيسية. لقد تم تحقيق شفرات مراوح طائرات الهليكوبتر HG53 وHG56 التابعة للبحرية الأمريكية والذيل المسطح للطائرة المقاتلة F16 والأسطح المركبة الأخرى في تطبيقات إزالة الطلاء بالليزر، في حين أن المواد المركبة في الصين في تطبيقات الطائرات متأخرة، لذلك فإن مثل هذا البحث هو في الأساس في الفراغ.
بالإضافة إلى ذلك، فإن استخدام تقنية التنظيف بالليزر لمعالجة السطح المركب من مادة CFRP للمفصل قبل اللصق لتحسين قوة المفصل هو أيضًا أحد مجالات التركيز البحثية الحالية. قم بتكييف شركة الليزر مع خط إنتاج سيارات Audi TT لتوفير معدات التنظيف بالليزر الليفي لتنظيف سطح طبقة أكسيد إطار الباب المصنوعة من سبائك الألومنيوم خفيفة الوزن. استخدمت شركة Rolls G Royce UK التنظيف بالليزر لتنظيف طبقة الأكسيد الموجودة على سطح مكونات محرك الهواء المصنوعة من التيتانيوم.
لقد تطورت تكنولوجيا التنظيف بالليزر بسرعة في العامين الماضيين، سواء كانت معلمات عملية التنظيف بالليزر وآلية التنظيف أو بحث كائن التنظيف أو تطبيق البحث قد أحرز تقدمًا كبيرًا. تكنولوجيا التنظيف بالليزر بعد الكثير من الأبحاث النظرية، أصبح تركيز أبحاثها ينحاز باستمرار نحو تطبيق الأبحاث، وفي تطبيق النتائج الواعدة. في المستقبل، سيتم استخدام تكنولوجيا التنظيف بالليزر لحماية الآثار الثقافية والأعمال الفنية على نطاق أوسع، وسوقها واسع جدًا. مع تطور العلوم والتكنولوجيا، أصبح تطبيق تكنولوجيا التنظيف بالليزر في الصناعة حقيقة واقعة، وأصبح نطاق التطبيق أكثر وأكثر اتساعًا.
تركز شركة Maven للأتمتة بالليزر على صناعة الليزر لمدة 14 عامًا، ونحن متخصصون في وضع العلامات بالليزر، ولدينا آلة تنظيف بالليزر لخزانة الآلة، وآلة تنظيف بالليزر لحقيبة العربة، وآلة تنظيف بالليزر لحقيبة الظهر وآلة تنظيف بالليزر ثلاثة في واحد، بالإضافة إلى ذلك، لدينا أيضًا آلة اللحام بالليزر وآلة القطع بالليزر وآلة النقش بالليزر، إذا كنت مهتمًا بجهازنا، فيمكنك متابعتنا ولا تتردد في الاتصال بنا.
وقت النشر: 14 نوفمبر 2022
