در سالهای اخیر، تمیزکاری لیزری به یکی از کانونهای تحقیقاتی در زمینه تولید صنعتی تبدیل شده است، تحقیقات فرآیند، تئوری، تجهیزات و کاربردها را پوشش میدهد. در کاربردهای صنعتی، فناوری تمیزکاری لیزری توانسته است تعداد زیادی از سطوح مختلف زیرلایه را به طور قابل اعتمادی تمیز کند، اشیاء از جمله فولاد، آلومینیوم، تیتانیوم، شیشه و مواد کامپوزیت و غیره را تمیز کند، صنایع کاربردی شامل هوافضا، هوانوردی، کشتیرانی، راهآهن پرسرعت، خودرو، قالبسازی، انرژی هستهای و دریایی و سایر زمینهها را پوشش میدهد.
فناوری تمیز کردن با لیزر که قدمت آن به دهه ۱۹۶۰ میلادی برمیگردد، دارای مزایایی از جمله اثر تمیزکنندگی خوب، طیف وسیعی از کاربردها، دقت بالا، عدم تماس و دسترسی آسان است. در تولید صنعتی، تولید و نگهداری و سایر زمینهها، چشماندازهای کاربردی گستردهای دارد و انتظار میرود که تا حدی یا کاملاً جایگزین روشهای سنتی تمیز کردن شود و به امیدوارکنندهترین فناوری تمیز کردن سبز در قرن بیست و یکم تبدیل شود.
روش تمیز کردن با لیزر
فرآیند تمیز کردن با لیزر بسیار پیچیده است و شامل مکانیسمهای مختلف حذف مواد میشود. برای یک روش تمیز کردن با لیزر، فرآیند تمیز کردن ممکن است همزمان مکانیسمهای مختلفی داشته باشد که عمدتاً به تعامل بین لیزر و ماده مربوط میشود، از جمله فرسایش سطح ماده، تجزیه، یونیزاسیون، تخریب، ذوب، احتراق، تبخیر، ارتعاش، کندوپاش، انبساط، انقباض، انفجار، لایه برداری، ریزش و سایر تغییرات فیزیکی و شیمیایی.
در حال حاضر، روشهای معمول تمیز کردن با لیزر عمدتاً سه مورد هستند: تمیز کردن با سایش لیزری، تمیز کردن با لیزر به کمک فیلم مایع و تمیز کردن با موج ضربهای لیزری.
روش تمیز کردن با لیزر ابلیشن
مکانیسمهای اصلی روششناسی عبارتند از انبساط حرارتی، تبخیر، فرسایش و انفجار فاز. لیزر مستقیماً روی مادهای که قرار است از سطح زیرلایه جدا شود، عمل میکند و شرایط محیطی میتواند هوا، گاز رقیق یا خلاء باشد. شرایط عملیاتی ساده هستند و بیشتر برای حذف انواع پوششها، رنگها، ذرات یا آلودگی استفاده میشوند. نمودار زیر نمودار فرآیند روش تمیز کردن با فرسایش لیزری را نشان میدهد.
هنگامی که تابش لیزر بر سطح ماده، زیرلایه و مواد تمیزکننده اولین انبساط حرارتی را نشان میدهند. با افزایش زمان برهمکنش لیزر با ماده تمیزکننده، اگر دما کمتر از آستانه کاویتاسیون ماده تمیزکننده باشد، ماده تمیزکننده فقط فرآیند تغییر فیزیکی را طی میکند. تفاوت بین ضریب انبساط حرارتی ماده تمیزکننده و زیرلایه منجر به فشار در سطح مشترک، کمانش ماده تمیزکننده، پارگی از سطح زیرلایه، ترک خوردگی، شکستگی مکانیکی، خرد شدن ارتعاشی و غیره میشود. ماده تمیزکننده توسط جت برداشته میشود یا از سطح زیرلایه جدا میشود.
اگر دما بالاتر از دمای آستانه گازسازی ماده تمیزکننده باشد، دو حالت وجود خواهد داشت: ۱) آستانه فرسایش ماده تمیزکننده کمتر از زیرلایه است؛ ۲) آستانه فرسایش ماده تمیزکننده بیشتر از زیرلایه است.
این دو مورد از مواد تمیزکننده عبارتند از ذوب، کاویتاسیون و فرسایش و سایر تغییرات فیزیکوشیمیایی، مکانیسم تمیز کردن پیچیدهتر است، علاوه بر اثرات حرارتی، ممکن است شامل شکستگی پیوند مولکولی بین مواد تمیزکننده و زیرلایهها، تجزیه یا تخریب مواد تمیزکننده، انفجار فازی، گازسازی مواد تمیزکننده، یونیزاسیون آنی و تولید پلاسما نیز باشد.
(1)تمیز کردن لیزری با کمک فیلم مایع
مکانیسم این روش عمدتاً شامل تبخیر و ارتعاش جوشش لایه مایع و غیره است. با توجه به نیاز به انتخاب طول موج مناسب لیزر، میتوان از آن برای جبران کمبود فشار ضربه در فرآیند تمیز کردن با لیزر استفاده کرد تا برخی از اجسامی که تمیز کردن آنها دشوارتر است، از بین بروند.
همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، فیلم مایع (آب، اتانول یا مایعات دیگر) از قبل سطح جسم تمیزکننده را پوشانده و سپس از لیزر برای تابش آن استفاده میشود. فیلم مایع انرژی لیزر را جذب میکند و در نتیجه انفجار شدیدی در محیط مایع ایجاد میشود، انفجار مایع جوشان با سرعت بالا حرکت میکند، انرژی به مواد تمیزکننده سطح منتقل میشود، نیروی انفجاری گذرای بالا برای از بین بردن آلودگی سطح و دستیابی به اهداف تمیزکاری کافی است.
روش تمیز کردن لیزری با کمک فیلم مایع دو عیب دارد.
فرآیندی پیچیده و دشوار برای کنترل فرآیند.
به دلیل استفاده از فیلم مایع، ترکیب شیمیایی سطح زیرلایه پس از تمیز کردن به راحتی قابل تغییر و تولید مواد جدید است.
(1)روش تمیز کردن از نوع موج ضربهای لیزری
رویکرد و مکانیسم فرآیند با دو مورد اول بسیار متفاوت است، مکانیسم عمدتاً حذف نیروی موج ضربهای است، اشیاء تمیزکننده عمدتاً ذرات هستند، عمدتاً برای حذف ذرات (زیر میکرون یا نانومقیاس). الزامات فرآیند بسیار سختگیرانه است، هم برای اطمینان از توانایی یونیزه کردن هوا، و هم برای حفظ فاصله مناسب بین لیزر و زیرلایه تا اطمینان حاصل شود که نیروی ضربه به اندازه کافی بزرگ بر روی ذرات عمل میکند.
نمودار شماتیک فرآیند تمیز کردن با موج ضربهای لیزر در زیر نشان داده شده است، لیزر موازی با جهت شلیک سطح زیرلایه است و با زیرلایه تماس پیدا نمیکند. قطعه کار یا سر لیزر را حرکت دهید تا فوکوس لیزر روی ذره نزدیک خروجی لیزر تنظیم شود، نقطه کانونی پدیده یونیزاسیون هوا رخ میدهد و در نتیجه امواج ضربهای ایجاد میشود، امواج ضربهای به سرعت به صورت کروی گسترش مییابند و با ذرات تماس پیدا میکنند. هنگامی که گشتاور مولفه عرضی موج ضربهای روی ذره بیشتر از گشتاور مولفه طولی و نیروی چسبندگی ذره باشد، ذره با غلتاندن برداشته میشود.
فناوری تمیز کردن با لیزر
مکانیسم تمیز کردن با لیزر عمدتاً بر اساس جذب انرژی لیزر توسط سطح جسم، تبخیر و تبخیر یا انبساط حرارتی آنی است که بر جذب ذرات روی سطح غلبه میکند، به طوری که جسم از سطح جدا شده و سپس به هدف تمیز کردن میرسد.
تقریباً به صورت زیر خلاصه میشود: ۱. تجزیه بخار لیزر، ۲. لایهبرداری لیزری، ۳. انبساط حرارتی ذرات خاک، ۴. ارتعاش سطح زیرلایه و ارتعاش ذرات، چهار جنبه
در مقایسه با فرآیند تمیز کردن سنتی، فناوری تمیز کردن با لیزر دارای ویژگیهای زیر است.
۱. این یک روش تمیز کردن "خشک" است، بدون محلول تمیزکننده یا سایر محلولهای شیمیایی، و میزان تمیزی آن بسیار بالاتر از فرآیند تمیز کردن شیمیایی است.
۲. دامنه حذف آلودگی و محدوده زیرلایه قابل اجرا بسیار گسترده است، و
۳. از طریق تنظیم پارامترهای فرآیند لیزر، بر اساس حذف مؤثر آلایندهها، نمیتوان به سطح زیرلایه آسیب رساند، آیا سطح به خوبی روز اول است؟
4. تمیز کردن با لیزر میتواند به راحتی به صورت خودکار انجام شود.
۵. تجهیزات ضدعفونی لیزری را میتوان برای مدت طولانی و با هزینههای عملیاتی پایین استفاده کرد.
۶. فناوری تمیز کردن با لیزر یک فرآیند تمیز کردن سبز است که ضایعات را از بین میبرد، پودر جامد است، اندازه کوچکی دارد، نگهداری آن آسان است و اساساً محیط زیست را آلوده نمیکند.
در دهه 1980، توسعه سریع صنعت نیمههادی، آلودگی ذرات روی سطح ویفر سیلیکونی را در فناوری تمیز کردن مطرح کرد و الزامات بالاتری را مطرح کرد. نکته کلیدی غلبه بر آلودگی ذرات ریز و نیروی جذب قوی بین بستر است. روشهای سنتی تمیز کردن شیمیایی، تمیز کردن مکانیکی و تمیز کردن اولتراسونیک قادر به پاسخگویی به این تقاضا نیستند و تمیز کردن با لیزر میتواند چنین مشکلات آلودگی را حل کند. تحقیقات و کاربردهای مرتبط به سرعت توسعه یافتهاند.
در سال ۱۹۸۷، اولین درخواست ثبت اختراع در مورد تمیز کردن با لیزر ارائه شد. در دهه ۱۹۹۰، شرکت زاپکا با موفقیت فناوری تمیز کردن با لیزر را در فرآیند تولید نیمههادیها برای حذف ذرات ریز از سطح ماسک به کار برد و به این ترتیب، کاربرد اولیه فناوری تمیز کردن با لیزر در حوزه صنعتی را محقق کرد. در سال ۱۹۹۵، محققان از یک لیزر ۲ کیلوواتی TEA-CO2 برای تمیز کردن رنگ بدنه هواپیما استفاده کردند.
پس از ورود به قرن بیست و یکم، با توسعه سریع لیزرهای پالس فوق کوتاه، تحقیقات و کاربردهای داخلی و خارجی فناوری تمیز کردن با لیزر به تدریج افزایش یافت و با تمرکز بر سطح مواد فلزی، کاربردهای خارجی معمول آن شامل حذف رنگ بدنه هواپیما، چربیزدایی سطح قالب، حذف کربن داخلی موتور و تمیز کردن سطح اتصالات قبل از جوشکاری است. موسسه جوشکاری ادیسون ایالات متحده، هواپیمای جنگی FG16 را با لیزر تمیز کرد، زمانی که قدرت لیزر 1 کیلووات بود و حجم تمیز کردن 2.36 سانتیمتر مکعب در دقیقه بود.
شایان ذکر است که تحقیق و کاربرد حذف رنگ لیزری از قطعات کامپوزیتی پیشرفته نیز یک نقطه داغ و مهم است. پرههای پروانه بالگرد HG53 و HG56 نیروی دریایی ایالات متحده و دم صاف و سایر سطوح کامپوزیتی جت جنگنده F16 کاربردهای حذف رنگ لیزری را تجربه کردهاند، در حالی که مواد کامپوزیتی چین در کاربردهای هواپیما دیر به کار گرفته شدهاند، بنابراین چنین تحقیقاتی اساساً در مرحله اجرا هستند.
علاوه بر این، استفاده از فناوری تمیزکاری لیزری برای عملیات سطحی کامپوزیت CFRP اتصال قبل از چسباندن به منظور بهبود استحکام اتصال نیز یکی از تمرکزهای تحقیقاتی فعلی است. شرکت adapt laser با خط تولید خودرو Audi TT همکاری میکند تا تجهیزات تمیزکاری لیزری فیبری را برای تمیز کردن سطح فیلم اکسید قاب درب آلیاژ آلومینیوم سبک ارائه دهد. Rolls G Royce UK از تمیزکاری لیزری برای تمیز کردن فیلم اکسید روی سطح اجزای موتور هواپیما از جنس تیتانیوم استفاده کرد.
فناوری تمیز کردن با لیزر در دو سال گذشته به سرعت توسعه یافته است، چه در پارامترهای فرآیند تمیز کردن با لیزر و مکانیسم تمیز کردن، چه در تحقیقات مربوط به اشیاء تمیز کردن یا کاربرد تحقیقات، پیشرفت زیادی داشته است. فناوری تمیز کردن با لیزر پس از تحقیقات نظری فراوان، تمرکز تحقیقات خود را به طور مداوم به سمت کاربرد تحقیقات و به کارگیری نتایج امیدوارکننده سوق داده است. در آینده، فناوری تمیز کردن با لیزر در حفاظت از آثار فرهنگی و آثار هنری کاربرد گستردهتری خواهد داشت و بازار آن بسیار گستردهتر است. با توسعه علم و فناوری، کاربرد فناوری تمیز کردن با لیزر در صنعت به واقعیت تبدیل میشود و دامنه کاربرد آن گستردهتر و گستردهتر میشود.
شرکت اتوماسیون لیزر Maven به مدت ۱۴ سال بر صنعت لیزر تمرکز دارد، ما در زمینه حکاکی لیزری تخصص داریم، ما دستگاه تمیز کردن لیزر کابینت ماشین، دستگاه تمیز کردن لیزر محفظه ترولی، دستگاه تمیز کردن لیزر کوله پشتی و دستگاه تمیز کردن لیزر سه در یک داریم، علاوه بر این، ما دستگاه جوش لیزر، دستگاه برش لیزر و دستگاه حکاکی لیزر نیز داریم، اگر به دستگاه ما علاقه دارید، میتوانید ما را دنبال کنید و با ما تماس بگیرید.
زمان ارسال: ۱۴ نوامبر ۲۰۲۲
