La fabricació d'alta gamma i 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 integral de tecnologia i processos.Els processos de neteja industrial tradicionals, com ara la neteja per fricció mecànica, la neteja per corrosió química, la neteja d'impacte fort, 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 efecte de neteja desitjat.No pot satisfer bé les necessitats de processament fi.
Màquines de neteja làser de precisió: disruptors en la neteja industrial
No obstant això, 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 molt desafiats.Al mateix temps, han sorgit diverses tecnologies de neteja favorables a la protecció del medi ambient i adequades per a peces en el camp de l'ultraacabat, i la tecnologia de neteja per làser és una d'elles.
Concepte de neteja per 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 de neteja físics o químics tradicionals, la neteja làser té les característiques de no contacte, sense consumibles, sense contaminació, alta precisió, sense danys o 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 la 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 tres categories, incloent 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 superficial augmenta ràpidament i arriba per sobre de la temperatura de vaporització del material, de manera que els contaminants són separat 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 superficials és significativament superior a la del substrat.Un cas d'aplicació típic és la neteja de la 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, més energia làser es dispersa 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 de danys.
Un procés típic basat en productes químics es produeix quan s'utilitza un làser a la banda ultraviolada per netejar contaminants orgànics, que s'anomena ablació làser.Els làsers ultraviolats tenen longituds d'ona curtes i una gran energia fotogràfica.Per exemple, els làsers excímers KrF tenen una longitud d'ona de 248 nm i una energia fotogràfica de fins a 5 eV, que és 40 vegades més gran que l'energia fotogràfica del làser de CO2 (0,12 eV).Aquesta energia fotogràfica tan alta és suficient per destruir els enllaços moleculars de la matèria orgànica, de manera que CC, CH, CO, etc. en els contaminants orgànics es trenquen després d'absorbir l'energia fotogràfica del làser, donant lloc a 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 residus que es desprenen de la superfície.Hi ha molts mecanismes que provoquen ones de xoc, com ara el plasma, el vapor i la ràpida expansió i contracció tèrmica.Utilitzant 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 ultra curta (ns) i de potència màxima ultra alta (107–1010 W/cm2), la temperatura de la superfície encara augmentarà bruscament fins i tot si la superfície absorbeix lleugerament el làser, arribant a la temperatura de vaporització a l'instant.A dalt, el vapor es va formar per sobre de la superfície del material, tal com es mostra a (a) a la figura següent.La temperatura del vapor pot arribar als 104 – 105 K, que pot ionitzar el propi vapor o l'aire circumdant per formar un plasma.El plasma bloquejarà que el làser no arribi a la superfície del material i la vaporització de la superfície del material es pot aturar, però el plasma continuarà absorbint l'energia del làser i la temperatura continuarà augmentant, formant un estat localitzat de temperatura ultra alta i alta pressió, que produeix un 1-100 kbar instantàniament a la superfície del material.L'impacte es trasllada 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 superficials es trenquen en pols, partícules o fragments minúsculs.Quan el làser s'allunya de la posició d'irradiació, el plasma desapareix i es genera una pressió negativa localment, 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 refrigeració del material són extremadament ràpids.Com que els diferents materials tenen diferents coeficients d'expansió tèrmica, sota la irradiació del làser de pols curt, els contaminants de la superfície i el substrat experimentaran una expansió tèrmica d'alta freqüència i una contracció de diferents graus, donant lloc a una oscil·lació, fent que els contaminants es desprenguin de la superfície de el 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 cisalla 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 el 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 de motlles
El netejador làser pot realitzar la neteja sense contacte del motlle, que és molt segur 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, de manera que per 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 èsters i 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 deesterificació làser pot eliminar completament els èsters i els olis minerals sense danyar la superfície de les peces.El làser afavoreix la gasificació explosiva de la capa fina 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
En l'actualitat, tota la neteja prèvia a la soldadura de rails adopta una neteja de tipus de mòlta de mola i corretja abrasiva, que causa greus danys al substrat i estrès residual greu, i consumeix molts consumibles de mola cada any, que és costós i causa greus contaminació per pols al medi ambient.La neteja per làser pot proporcionar una tecnologia de neteja verda d'alta qualitat i eficaç per a la producció de col·locació de vies de ferrocarril d'alta velocitat del meu país, resoldre els problemes anteriors, eliminar defectes de soldadura com ara forats de ferrocarril sense costures i taques grises i millorar l'estabilitat i la seguretat de l'alta del meu país. - Operació ferroviària de velocitat.
Indústria aeronàutica
La superfície de l'avió s'ha de tornar a pintar 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 despullat de pintura en el camp de l'aviació.Aquest mètode dóna lloc a una gran quantitat de residus auxiliars químics i és impossible aconseguir un manteniment local i decapament de pintura.Aquest procés és una gran càrrega de treball i perjudicial per a la salut.La neteja per làser permet l'eliminació d'alta qualitat de la pintura de les superfícies de la pell de l'aeronau i s'automatitza fàcilment per a la producció.Actualment, la tecnologia de neteja làser s'ha aplicat al manteniment d'alguns models de gamma alta.
Indústria Naval
En l'actualitat, la neteja de preproducció dels vaixells adopta principalment el mètode de sorra.El mètode d'explosió de sorra ha provocat una greu contaminació per pols al medi ambient i s'ha prohibit gradualment, donant lloc a 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 verda 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 els contaminants de manera eficient i ràpida i pot seleccionar la part de neteja per automatitzar la neteja.Amb la neteja làser, no només la neteja és superior a la del procés de neteja químic, sinó que gairebé no té cap dany a la superfície de l'objecte.En establir diferents paràmetres, la màquina de neteja làser també pot formar una pel·lícula protectora d'òxids densos o una capa de fusió metàl·lica a la superfície dels objectes metàl·lics per millorar la resistència de la superfície 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, la qual cosa redueix eficaçment el dany a la salut de l'operador.
Exterior de l'edifici
Cada cop s'estan construint més gratacels i el problema de neteja de les parets exteriors dels edificis s'ha fet cada cop més destacat.El sistema de neteja làser neteja bé les parets exteriors dels edificis mitjançant fibres òptiques.La solució amb una longitud màxima de 70 metres pot netejar amb eficàcia diversos contaminants sobre 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 als 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 a fons 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 per làser també s'utilitzen en la neteja de canonades del reactor de les centrals nuclears.Utilitza una fibra òptica per introduir un raig làser d'alta potència al reactor per eliminar directament la pols radioactiva, i el material netejat és fàcil de netejar.I com que s'opera a distància, es pot garantir la seguretat del personal.
Resum
La indústria de fabricació avançada d'avui s'ha convertit en el cim de la competència internacional.Com a sistema avançat en la fabricació de làser, la màquina de neteja làser té un gran potencial de valor d'aplicació en el desenvolupament industrial.El desenvolupament vigorós de la tecnologia de neteja làser té una importància estratègica molt important per al desenvolupament econòmic i social.