לייצור מתקדם ושימור אנרגיה והפחתת פליטות יש צורך דחוף יותר ויותר בתהליכים מתקדמים.מבחינת טיפול משטח תעשייתי, יש צורך דחוף בשדרוג מקיף של טכנולוגיה ותהליכים.תהליכי ניקוי תעשייתיים מסורתיים, כגון ניקוי חיכוך מכני, ניקוי קורוזיה כימי, ניקוי פגיעה חזקה, ניקוי קולי בתדירות גבוהה, לא רק בעלי מחזורי ניקוי ארוכים, אלא קשים לאוטומטיים, בעלי השפעות מזיקות על הסביבה ואינם מצליחים להשיג את אפקט הניקוי הרצוי.זה לא יכול לענות היטב על הצרכים של עיבוד משובח.
מכונות ניקוי בלייזר מדויקות: משבשים בניקוי תעשייתי
עם זאת, עם הסתירות ההולכות וגוברות בין הגנת הסביבה, יעילות גבוהה ודיוק גבוה, שיטות הניקוי התעשייתיות המסורתיות מאותגרות מאוד.במקביל, צצו טכנולוגיות ניקוי שונות המועילות לשמירה על הסביבה ומתאימות לחלקים בתחום האולטרה גימור, וטכנולוגיית ניקוי בלייזר היא אחת מהן.
קונספט ניקוי בלייזר
ניקוי בלייזר היא טכנולוגיה המשתמשת בלייזר ממוקד כדי לפעול על פני חומר כדי לאדות או לקלף במהירות את המזהמים שעל פני השטח, כדי לנקות את פני החומר.בהשוואה לשיטות ניקוי פיזיות או כימיות מסורתיות שונות, לניקוי לייזר יש מאפיינים של חוסר מגע, ללא חומרים מתכלים, ללא זיהום, דיוק גבוה, ללא נזק או נזק קטן, והוא בחירה אידיאלית לדור חדש של טכנולוגיית ניקוי תעשייתית.
עקרון עבודה של מכונת ניקוי בלייזר
העיקרון של מכונת ניקוי בלייזר הוא מסובך יותר, ועשוי לכלול תהליכים פיזיקליים וכימיים כאחד.במקרים רבים, תהליכים פיזיקליים הם התהליך העיקרי, המלווים בכמה תגובות כימיות.ניתן לסווג את התהליכים העיקריים לשלוש קטגוריות, כולל תהליך גיזוז, תהליך הלם ותהליך תנודה.
תהליך הגיזוז
כאשר הלייזר בעל האנרגיה הגבוהה מוקרן על פני החומר, המשטח סופג את אנרגיית הלייזר וממיר אותה לאנרגיה פנימית, כך שטמפרטורת פני השטח עולה במהירות ומגיעה מעל טמפרטורת האידוי של החומר, כך שהמזהמים יהיו מופרד מפני השטח של החומר בצורה של קיטור.אידוי סלקטיבי מתרחש בדרך כלל כאשר קצב הספיגה של אור לייזר על ידי מזהמים על פני השטח גבוה משמעותית מזה של המצע.מקרה יישום טיפוסי הוא ניקוי לכלוך על משטחי אבן.כפי שמוצג באיור למטה, למזהמים על פני האבן יש ספיגה חזקה של הלייזר והם מתאדים במהירות.כאשר מסירים את המזהמים ומקרינים את הלייזר על משטח האבן, הספיגה חלשה, יותר אנרגיית לייזר מתפזרת על ידי משטח האבן, שינוי הטמפרטורה של משטח האבן קטן ומשטח האבן מוגן מפגיעה.
תהליך טיפוסי מבוסס כימיקלים מתרחש כאשר משתמשים בלייזר בפס האולטרה סגול לניקוי מזהמים אורגניים, מה שנקרא אבלציה בלייזר.ללייזרים אולטרה סגולים יש אורכי גל קצרים ואנרגיית פוטון גבוהה.לדוגמה, לייזרי KrF excimer הם בעלי אורך גל של 248 ננומטר ואנרגיית פוטון גבוהה כמו 5 eV, שהיא גבוהה פי 40 מאנרגיית פוטון לייזר CO2 (0.12 eV).מספיקה אנרגיית פוטון כה גבוהה כדי להרוס את הקשרים המולקולריים של חומר אורגני, כך ש-CC, CH, CO וכו' במזהמים אורגניים נשברים לאחר ספיגת אנרגיית הפוטונים של הלייזר, וכתוצאה מכך גיזה פירוליזה והסרה מפני השטח.
תהליך הלם
תהליך ההלם הוא סדרה של תגובות המתרחשות במהלך האינטראקציה בין הלייזר לחומר, ואז נוצר גל הלם על פני החומר.תחת פעולת גל ההלם, המזהמים פני השטח מתפרקים והופכים לאבק או לפסולת המקולפת מהמשטח.ישנם מנגנונים רבים הגורמים לגלי הלם, כולל פלזמה, קיטור והתפשטות והתכווצות תרמית מהירה.באמצעות גלי הלם פלזמה כדוגמה, ניתן להבין בקצרה כיצד תהליך ההלם בניקוי לייזר מסיר מזהמים פני השטח.עם יישום של לייזרים ברוחב פולסים קצר במיוחד (ns) והספק שיא גבוה במיוחד (107-1010 W/cm2), טמפרטורת פני השטח עדיין תעלה בחדות גם אם המשטח יספוג את הלייזר קלות, ויגיע לטמפרטורת האידוי באופן מיידי.מעל, האדים שנוצרו מעל פני החומר, כפי שמוצג ב-(א) באיור הבא.טמפרטורת האדים יכולה להגיע ל-104 - 105 K, מה שיכול ליינן את האדים עצמו או את האוויר שמסביב ליצירת פלזמה.הפלזמה תחסום את הלייזר מלהגיע לפני השטח של החומר, ואידוי פני החומר עשוי להיפסק, אך הפלזמה תמשיך לספוג את אנרגיית הלייזר, והטמפרטורה תמשיך לעלות, וייצור מצב מקומי של טמפרטורה גבוהה במיוחד ולחץ גבוה, אשר מייצרת 1-100 kbar מיידי על פני החומר.ההשפעה מועברת בהדרגה אל פנים החומר, כפי שמוצג באיורים (ב) ו-(ג) להלן.תחת פעולת גל ההלם, המזהמים פני השטח מתפרקים לאבק זעיר, חלקיקים או שברים.כאשר הלייזר מתרחק מעמדת ההקרנה, הפלזמה נעלמת ונוצר לחץ שלילי באופן מקומי, והחלקיקים או הפסולת של מזהמים מוסרים מהמשטח, כפי שמוצג באיור (ד) להלן.
תהליך תנודה
תחת פעולת פולסים קצרים, תהליכי החימום והקירור של החומר מהירים ביותר.מכיוון שלחומרים שונים יש מקדמי התפשטות תרמית שונים, תחת הקרנה של לייזר דופק קצר, מזהמי פני השטח והמצע יעברו התפשטות תרמית והתכווצות תרמית בתדר גבוה בדרגות שונות, וכתוצאה מכך תנודה, הגורמת למזהמים להתקלף מעל פני השטח של החומר.במהלך תהליך פילינג זה, ייתכן שלא יתרחש אידוי של החומר, וייתכן שלא תיווצר פלזמה.במקום זאת, כוח הגזירה הנוצר בממשק המזהם והמצע בפעולת תנודה הורס את הקשר בין המזהם למצע..מחקרים הראו שכאשר זווית הפגיעה של הלייזר מוגברת מעט, ניתן להגדיל את המגע בין הלייזר לזיהום החלקיקים וממשק המצע, ניתן להפחית את סף ניקוי הלייזר, אפקט התנודה ברור יותר, וה יעילות הניקוי גבוהה יותר.עם זאת, זווית האירוע לא צריכה להיות גדולה מדי.זווית פגיעה גדולה מדי תפחית את צפיפות האנרגיה הפועלת על פני החומר ותחליש את יכולת הניקוי של הלייזר.
יישומים בתעשייה של חומרי ניקוי בלייזר
תעשיית עובש
מנקה הלייזר יכול לממש את הניקוי ללא מגע של התבנית, שהוא בטוח מאוד לפני השטח של התבנית, יכול להבטיח את הדיוק שלה, ויכול לנקות את חלקיקי הלכלוך התת-מיקרוניים שלא ניתן להסיר בשיטות ניקוי מסורתיות, כך להשיג ניקיון נקי באמת מזיהום, יעיל ואיכותי.
תעשיית מכשירים מדויקים
תעשיית המכונות המדויקות צריכה לעתים קרובות להסיר אסטרים ושמנים מינרליים המשמשים לשימון ועמידות בפני קורוזיה מחלקים, בדרך כלל מבחינה כימית, וניקוי כימי לרוב משאיר שאריות.אי-האסטריפיקציה בלייזר יכולה להסיר לחלוטין אסטרים ושמנים מינרליים מבלי לפגוע בפני השטח של החלקים.הלייזר מקדם את הגיזוז הנפיץ של שכבת התחמוצת הדקה על פני החלק ליצירת גל הלם, מה שגורם להסרה של מזהמים ולא אינטראקציה מכנית.
תעשיית הרכבות
נכון להיום, כל ניקוי מסילות לפני ריתוך מאמץ ניקוי מסוג השחזה של גלגלי שחיקה וחגורות שוחקות, הגורם לנזק חמור למצע וללחץ שיורי חמור, וצורך הרבה חומרים מתכלים לגלגלי השחזה מדי שנה, דבר יקר וגורם חמור. זיהום אבק לסביבה.ניקוי בלייזר יכול לספק טכנולוגיית ניקוי ירוקה איכותית ויעילה לייצור הנחת מסילת הרכבת המהירה של ארצי, לפתור את הבעיות הנ"ל, לחסל פגמי ריתוך כגון חורי מסילה חלקים וכתמים אפורים, ולשפר את היציבות והבטיחות של המדינה הגבוהה. -פעולת רכבת מהירה.
ענף התעופה
יש לצבוע מחדש את פני המטוס לאחר פרק זמן מסוים, אך יש להסיר לחלוטין את הצבע הישן המקורי לפני הצביעה.השרייה/ניגוב כימיים היא שיטת הפשטת הצבע העיקרית בתחום התעופה.שיטה זו מביאה לכמות גדולה של פסולת עזר כימית, ואי אפשר להשיג תחזוקה מקומית והסרת צבע.תהליך זה הוא עומס עבודה כבד ומזיק לבריאות.ניקוי בלייזר מאפשר הסרה באיכות גבוהה של צבע על משטחי עור מטוסים והוא אוטומטי בקלות לייצור.נכון לעכשיו, טכנולוגיית ניקוי הלייזר יושמה לתחזוקה של כמה דגמים יוקרתיים.
תעשיית ספינות
כיום, הניקוי לפני ייצור של ספינות נוקט בעיקר בשיטת התזת חול.שיטת התזת החול גרמה לזיהום אבק חמור בסביבה הסובבת ונאסרה בהדרגה, מה שגרם להפחתה או אפילו השבתה של הייצור על ידי יצרני הספינות.טכנולוגיית ניקוי בלייזר תספק פתרון ניקוי ירוק ונטול זיהום להתזה נגד קורוזיה על משטחי ספינה.
נֶשֶׁק
טכנולוגיית ניקוי בלייזר הייתה בשימוש נרחב בתחזוקת נשק.מערכת ניקוי הלייזר יכולה להסיר חלודה ומזהמים ביעילות ובמהירות, ויכולה לבחור את חלק הניקוי כדי לממש את האוטומציה של הניקוי.באמצעות ניקוי בלייזר, לא רק שהניקיון גבוה יותר מתהליך הניקוי הכימי, אלא גם כמעט ואין לו נזק לפני השטח של החפץ.על ידי הגדרת פרמטרים שונים, מכונת ניקוי הלייזר יכולה גם ליצור סרט מגן תחמוצת צפוף או שכבת התכת מתכת על פני השטח של חפצי מתכת כדי לשפר את חוזק פני השטח ועמידות בפני קורוזיה.הפסולת שמוציא הלייזר בעצם אינה מזהמת את הסביבה, וניתן להפעיל אותו גם למרחקים ארוכים, מה שמפחית למעשה את הפגיעה בבריאות המפעיל.
מבנה חיצוני
יותר ויותר גורדי שחקים נבנים, ובעיית הניקיון של בניית קירות חיצוניים הולכת וגוברת.מערכת ניקוי הלייזר מנקה היטב את הקירות החיצוניים של מבנים באמצעות סיבים אופטיים.הפתרון באורך מקסימלי של 70 מטר יכול לנקות ביעילות מזהמים שונים על גבי אבנים, מתכות וזכוכית שונים, ויעילותו גבוהה בהרבה מזו של ניקוי קונבנציונלי.הוא יכול גם להסיר כתמים שחורים וכתמים מאבנים שונות בבניינים.בדיקת הניקוי של מערכת הניקוי בלייזר על המבנים ואנדרטאות האבן מלמדת כי לניקוי הלייזר השפעה טובה על ההגנה על מראה מבנים עתיקים.
תעשיית האלקטרוניקה
תעשיית האלקטרוניקה משתמשת בלייזרים להסרת תחמוצות: תעשיית האלקטרוניקה דורשת טיהור ברמת דיוק גבוהה, והסרת חמצון בלייזר מתאימה במיוחד.יש לבצע ניקוי יסודי של פיני רכיב לפני הלחמת הלוח כדי להבטיח מגע חשמלי אופטימלי ואסור שהפינים ייפגעו במהלך תהליך הטיהור.ניקוי בלייזר יכול לעמוד בדרישות השימוש, והיעילות גבוהה מאוד, ונדרשת הקרנת לייזר אחת בלבד לכל מחט.
תחנת כוח גרעינית
מערכות ניקוי בלייזר משמשות גם לניקוי צינורות כורים בתחנות כוח גרעיניות.הוא משתמש בסיב אופטי כדי להחדיר קרן לייזר בעוצמה גבוהה לתוך הכור כדי להסיר אבק רדיואקטיבי ישירות, והחומר הנוקה קל לניקוי.ומכיוון שהוא מופעל מרחוק, ניתן להבטיח את בטיחות הצוות.
סיכום
תעשיית הייצור המתקדמת של היום הפכה לשיאים של תחרות בינלאומית.כמערכת מתקדמת בייצור לייזר, למכונת ניקוי לייזר יש פוטנציאל רב לערך יישום בפיתוח תעשייתי.לפיתוח נמרץ של טכנולוגיית ניקוי לייזר יש משמעות אסטרטגית חשובה מאוד לפיתוח כלכלי וחברתי.