La fabricació d'alta gamma, la conservació d'energia i la reducció d'emissions tenen una necessitat cada cop més urgent de processos avançats. Pel que fa al tractament de superfícies industrials, hi ha una necessitat urgent d'una actualització completa de la tecnologia i els processos. Els processos tradicionals de neteja industrial, com la neteja per fricció mecànica, la neteja per corrosió química, la neteja per impactes forts i la neteja per ultrasons d'alta freqüència, no només tenen cicles de neteja llargs, sinó que són difícils d'automatitzar, tenen efectes nocius sobre el medi ambient i no aconsegueixen l'efecte de neteja desitjat. No poden satisfer bé les necessitats del processament fi.
Tanmateix, amb les contradiccions cada cop més destacades entre la protecció del medi ambient, l'alta eficiència i l'alta precisió, els mètodes tradicionals de neteja industrial es veuen greument desafiats. Al mateix temps, han sorgit diverses tecnologies de neteja que afavoreixen la protecció del medi ambient i són adequades per a peces en el camp de l'ultraacabat, i la tecnologia de neteja làser n'és una.
Concepte de neteja làser
La neteja làser és una tecnologia que utilitza un làser enfocat per actuar sobre la superfície d'un material per vaporitzar o eliminar ràpidament els contaminants de la superfície, per tal de netejar la superfície del material. En comparació amb diversos mètodes tradicionals de neteja física o química, la neteja làser té les característiques de no tenir contacte, no tenir consumibles, no tenir contaminació, alta precisió, no tenir danys ni petits danys, i és una opció ideal per a una nova generació de tecnologia de neteja industrial.
Principi de funcionament de la màquina de neteja làser
El principi de màquina de neteja làser és més complicat i pot incloure processos físics i químics. En molts casos, els processos físics són el procés principal, acompanyats d'algunes reaccions químiques. Els processos principals es poden classificar en 3 categories, incloent-hi el procés de gasificació, el procés de xoc i el procés d'oscil·lació.
Procés de gasificació
Quan el làser d'alta energia s'irradia a la superfície del material, la superfície absorbeix l'energia làser i la converteix en energia interna, de manera que la temperatura de la superfície augmenta ràpidament i supera la temperatura de vaporització del material, de manera que els contaminants se separen de la superfície del material en forma de vapor. La vaporització selectiva sol produir-se quan la taxa d'absorció de la llum làser pels contaminants de la superfície és significativament més alta que la del substrat. Un cas d'aplicació típic és la neteja de brutícia a les superfícies de pedra. Com es mostra a la figura següent, els contaminants de la superfície de la pedra tenen una forta absorció del làser i es vaporitzen ràpidament. Quan s'eliminen els contaminants i el làser s'irradia a la superfície de la pedra, l'absorció és feble, es dispersa més energia làser per la superfície de la pedra, el canvi de temperatura de la superfície de la pedra és petit i la superfície de la pedra està protegida dels danys.
Un procés típic basat en productes químics es produeix quan s'utilitza un làser de la banda ultraviolada per netejar contaminants orgànics, que s'anomena ablació làser. Els làsers ultraviolats tenen longituds d'ona curtes i una energia fotònica elevada. Per exemple, els làsers excímers KrF tenen una longitud d'ona de 248 nm i una energia fotònica de fins a 5 eV, que és 40 vegades superior a CO2 energia fotònica del làser (0.12 eV). Aquesta energia fotònica tan elevada és suficient per destruir els enllaços moleculars de la matèria orgànica, de manera que el CC, CHXNUMX, COXNUMX, etc. dels contaminants orgànics es trenquen després d'absorbir l'energia fotònica del làser, cosa que provoca la gasificació per piròlisi i l'eliminació de la superfície.
Procés de xoc
El procés de xoc és una sèrie de reaccions que es produeixen durant la interacció entre el làser i el material, i després es forma una ona de xoc a la superfície del material. Sota l'acció de l'ona de xoc, els contaminants de la superfície es trenquen i es converteixen en pols o restes que es desprenen de la superfície. Hi ha molts mecanismes que causen ones de xoc, com ara el plasma, el vapor i l'expansió i contracció tèrmiques ràpides. Utilitzant les ones de xoc de plasma com a exemple, és possible entendre breument com el procés de xoc en la neteja amb làser elimina els contaminants de la superfície. Amb l'aplicació de làsers d'amplada de pols ultracurta (ns) i potència màxima ultraalta (107–1010 W/cm2), la temperatura de la superfície encara augmentarà bruscament fins i tot si la superfície absorbeix lleugerament el làser, assolint instantàniament la temperatura de vaporització. A sobre, el vapor format per sobre de la superfície del material, com es mostra a (a) a la figura següent. La temperatura del vapor pot arribar als 104-105 K, cosa que pot ionitzar el vapor en si o l'aire circumdant per formar un plasma. El plasma impedirà que el làser arribi a la superfície del material i la vaporització de la superfície del material es pot aturar, però el plasma continuarà absorbint l'energia làser i la temperatura continuarà augmentant, formant un estat localitzat de temperatura ultraalta i pressió alta, que produeix una pressió instantània d'1-100 kbar a la superfície del material. L'impacte es transfereix gradualment a l'interior del material, tal com es mostra a les figures (b) i (c) següents. Sota l'acció de l'ona de xoc, els contaminants de la superfície es trenquen en pols, partícules o fragments minúsculs. Quan el làser s'allunya de la posició d'irradiació, el plasma desapareix i es genera localment una pressió negativa, i les partícules o restes de contaminants s'eliminen de la superfície, tal com es mostra a la figura (d) següent.
Procés d'oscil·lació
Sota l'acció de polsos curts, els processos d'escalfament i refredament del material són extremadament ràpids. Com que els diferents materials tenen diferents coeficients d'expansió tèrmica, sota la irradiació d'un làser de polsos curts, els contaminants de la superfície i el substrat experimentaran una expansió i contracció tèrmica d'alta freqüència de diferents graus, cosa que provocarà una oscil·lació i farà que els contaminants es desprenguin de la superfície del material. Durant aquest procés d'exfoliació, és possible que no es produeixi vaporització del material i que no es generi plasma. En canvi, la força de cisallament formada a la interfície del contaminant i el substrat sota l'acció de l'oscil·lació destrueix l'enllaç entre el contaminant i el substrat. Els estudis han demostrat que quan l'angle d'incidència del làser augmenta lleugerament, es pot augmentar el contacte entre el làser i la contaminació de partícules i la interfície del substrat, es pot reduir el llindar de neteja del làser, l'efecte d'oscil·lació és més evident i l'eficiència de neteja és més alta. Tanmateix, l'angle d'incidència no ha de ser massa gran. Un angle d'incidència massa gran reduirà la densitat d'energia que actua sobre la superfície del material i debilitarà la capacitat de neteja del làser.
Aplicacions industrials dels netejadors làser
Indústria del motlle
El netejador làser pot realitzar la neteja sense contacte del motlle, que és molt segura per a la superfície del motlle, pot garantir la seva precisió i pot netejar les partícules de brutícia submicròniques que no es poden eliminar amb els mètodes de neteja tradicionals, per tal d'aconseguir una neteja realment lliure de contaminació, eficient i d'alta qualitat.
Indústria d'instruments de precisió
La indústria de la maquinària de precisió sovint necessita eliminar els èsters i els olis minerals utilitzats per a la lubricació i la resistència a la corrosió de les peces, generalment químicament, i la neteja química sovint deixa residus. La desesterificació làser pot eliminar completament els èsters i els olis minerals sense danyar la superfície de les peces. El làser promou la gasificació explosiva de la fina capa d'òxid a la superfície de la peça per formar una ona de xoc, que resulta en l'eliminació de contaminants en lloc de la interacció mecànica.
Indústria Ferroviària
Actualment, tota la neteja prèvia a la soldadura de carrils utilitza una neteja de tipus rectificadora i cinta abrasiva, cosa que causa danys greus al substrat i tensions residuals importants, i consumeix molts consumibles de rectificadora cada any, cosa que és costosa i provoca una greu contaminació per pols al medi ambient. La neteja amb làser pot proporcionar una tecnologia de neteja verda d'alta qualitat i eficient per a la producció de vies ferroviàries d'alta velocitat del meu país, resoldre els problemes anteriors, eliminar defectes de soldadura com ara forats de carril sense costures i taques grises, i millorar l'estabilitat i la seguretat de l'operació ferroviària d'alta velocitat del meu país.
Indústria de l'aviació
La superfície de l'avió s'ha de repintar després d'un cert període de temps, però la pintura antiga original s'ha de treure completament abans de pintar. El remull/eixugat químic és el principal mètode de decapatge en el camp de l'aviació. Aquest mètode genera una gran quantitat de residus químics auxiliars i és impossible aconseguir un manteniment local i el decapatge. Aquest procés suposa una càrrega de treball pesada i perjudicial per a la salut. La neteja amb làser permet l'eliminació d'alta qualitat de la pintura de les superfícies de la pell de l'avió i es pot automatitzar fàcilment per a la producció. Actualment, la tecnologia de neteja amb làser s'ha aplicat al manteniment d'alguns models d'alta gamma.
Indústria Naval
Actualment, la neteja prèvia a la producció de vaixells utilitza principalment el mètode de sorra. El mètode de sorra ha causat una greu contaminació per pols al medi ambient i s'ha anat prohibint gradualment, cosa que ha provocat la reducció o fins i tot la suspensió de la producció per part dels fabricants de vaixells. La tecnologia de neteja làser proporcionarà una solució de neteja ecològica i lliure de contaminació per a la polvorització anticorrosió a les superfícies dels vaixells.
Armament
La tecnologia de neteja làser s'ha utilitzat àmpliament en el manteniment d'armes. El sistema de neteja làser pot eliminar l’òxid i contaminants de manera eficient i ràpida, i pot seleccionar la part de neteja per aconseguir l'automatització de la neteja. Mitjançant la neteja làser, no només la neteja és superior al procés de neteja química, sinó que gairebé no fa malbé la superfície de l'objecte. En establir diferents paràmetres, la màquina de neteja làser també pot formar una densa pel·lícula protectora d'òxid o una capa de fusió de metall a la superfície dels objectes metàl·lics per millorar la resistència superficial i la resistència a la corrosió. Els residus eliminats pel làser bàsicament no contaminen el medi ambient i també es poden operar a llarga distància, cosa que redueix eficaçment els danys a la salut de l'operador.
Exterior de l'edifici
Cada cop es construeixen més gratacels, i el problema de la neteja de les parets exteriors dels edificis s'ha tornat cada cop més important. El sistema de neteja làser neteja bé les parets exteriors dels edificis a través de fibres òptiques. La solució amb una longitud màxima de 70 metres pot netejar eficaçment diversos contaminants en diverses pedres, metalls i vidre, i la seva eficiència és molt superior a la de la neteja convencional. També pot eliminar taques negres i taques de diverses pedres dels edificis. La prova de neteja del sistema de neteja làser en edificis i monuments de pedra mostra que la neteja làser té un bon efecte en la protecció de l'aspecte dels edificis antics.
Indústria electrònica
La indústria electrònica utilitza làsers per eliminar òxids: la indústria electrònica requereix una descontaminació d'alta precisió, i la desoxidació làser és especialment adequada. Els pins dels components s'han de desoxidar completament abans de soldar la placa per garantir un contacte elèctric òptim i els pins no s'han de danyar durant el procés de descontaminació. La neteja làser pot complir els requisits d'ús i l'eficiència és molt alta, i només es requereix una irradiació làser per a cada agulla.
Central Nuclear
Els sistemes de neteja amb làser també s'utilitzen en la neteja de canonades de reactors a les centrals nuclears. Utilitzen una fibra òptica per introduir un feix làser d'alta potència al reactor per eliminar directament la pols radioactiva, i el material netejat és fàcil de netejar. I com que es fa servir a distància, es pot garantir la seguretat del personal.
resum
La indústria manufacturera avançada actual s'ha convertit en el cim dominant de la competència internacional. Com a sistema avançat en la fabricació amb làser, la màquina de neteja amb làser té un gran potencial de valor d'aplicació en el desenvolupament industrial. El desenvolupament vigorós de la tecnologia de neteja amb làser té una importància estratègica molt important per al desenvolupament econòmic i social.
