Augstākās klases ražošanai un enerģijas taupīšanai un emisiju samazināšanai arvien steidzamāk ir vajadzīgi progresīvi procesi.Attiecībā uz rūpniecisko virsmu apstrādi steidzami ir nepieciešams visaptverošs tehnoloģiju un procesu jauninājums.Tradicionālajiem rūpnieciskajiem tīrīšanas procesiem, piemēram, mehāniskā berzes tīrīšana, ķīmiskā korozijas tīrīšana, spēcīga trieciena tīrīšana, augstfrekvences ultraskaņas tīrīšana, ir ne tikai garš tīrīšanas cikli, bet arī tos ir grūti automatizēt, tiem ir kaitīga ietekme uz vidi un tie nespēj sasniegt vēlamo tīrīšanas efektu.Tas nevar labi apmierināt smalkas apstrādes vajadzības.
Precīzijas lāzera tīrīšanas iekārtas: traucētāji rūpnieciskajā tīrīšanā
Tomēr, ņemot vērā arvien izteiktākās pretrunas starp vides aizsardzību, augstu efektivitāti un augstu precizitāti, tradicionālās rūpnieciskās tīrīšanas metodes tiek nopietni apstrīdētas.Tajā pašā laikā ir radušās dažādas tīrīšanas tehnoloģijas, kas ir saudzējošas videi un ir piemērotas detaļām ultra-apdares jomā, un lāzera tīrīšanas tehnoloģija ir viena no tām.
Lāzera tīrīšanas koncepcija
Lāzera tīrīšana ir tehnoloģija, kas izmanto fokusētu lāzeru, lai iedarbotos uz materiāla virsmu, lai ātri iztvaicētu vai nolobītu virsmas piesārņotājus un tādējādi notīrītu materiāla virsmu.Salīdzinot ar dažādām tradicionālajām fizikālās vai ķīmiskās tīrīšanas metodēm, lāzera tīrīšanai piemīt bezkontakta, palīgmateriālu, piesārņojuma, augstas precizitātes, bojājumu vai nelielu bojājumu īpašības, un tā ir ideāla izvēle jaunas paaudzes rūpnieciskās tīrīšanas tehnoloģijai.
Lāzera tīrīšanas mašīnas darbības princips
Lāzera tīrīšanas mašīnas princips ir sarežģītāks un var ietvert gan fizikālus, gan ķīmiskus procesus.Daudzos gadījumos fizikālie procesi ir galvenais process, ko pavada dažas ķīmiskas reakcijas.Galvenos procesus var iedalīt trīs kategorijās, tostarp gazifikācijas process, trieciena process un svārstību process.
Gazifikācijas process
Kad augstas enerģijas lāzers tiek apstarots uz materiāla virsmas, virsma absorbē lāzera enerģiju un pārvērš to iekšējā enerģijā, tādējādi virsmas temperatūra strauji paaugstinās un sasniedz materiāla iztvaikošanas temperatūru, lai piesārņotāji tiktu izvadīti. atdalīts no materiāla virsmas tvaika veidā.Selektīva iztvaikošana parasti notiek, ja lāzera gaismas absorbcijas ātrums ar virsmas piesārņotājiem ir ievērojami augstāks nekā substrāta absorbcijas ātrums.Tipisks pielietošanas gadījums ir netīrumu tīrīšana uz akmens virsmām.Kā parādīts attēlā zemāk, piesārņotājiem uz akmens virsmas ir spēcīga lāzera absorbcija un tie ātri iztvaiko.Kad piesārņotāji tiek noņemti un lāzers tiek apstarots uz akmens virsmas, absorbcija ir vāja, vairāk lāzera enerģijas tiek izkliedēts pa akmens virsmu, akmens virsmas temperatūras izmaiņas ir nelielas, un akmens virsma ir aizsargāta no bojājumiem.
Tipisks uz ķīmiskām vielām balstīts process notiek, ja organisko piesārņotāju attīrīšanai izmanto lāzeru ultravioletajā joslā, ko sauc par lāzera ablāciju.Ultravioletajiem lāzeriem ir īss viļņu garums un augsta fotonu enerģija.Piemēram, KrF eksimēru lāzeriem ir 248 nm viļņa garums un fotonu enerģija līdz 5 eV, kas ir 40 reizes lielāka nekā CO2 lāzera fotonu enerģija (0,12 eV).Tik liela fotonu enerģija ir pietiekama, lai iznīcinātu organisko vielu molekulārās saites, lai pēc lāzera fotonu enerģijas absorbcijas tiktu pārrauts organiskajos piesārņotajos CC, CH, CO u.c., kā rezultātā notiek pirolīzes gazifikācija un noņemšana no virsmas.
Šoka process
Šoka process ir reakciju virkne, kas notiek lāzera un materiāla mijiedarbības laikā, un pēc tam uz materiāla virsmas veidojas triecienvilnis.Trieciena viļņa ietekmē virsmas piesārņotāji tiek sadalīti un kļūst par putekļiem vai gružiem, kas nolobīti no virsmas.Ir daudzi mehānismi, kas izraisa triecienviļņus, tostarp plazma, tvaiks un ātra termiskā izplešanās un kontrakcija.Izmantojot plazmas triecienviļņus kā piemēru, ir iespējams īsumā saprast, kā trieciena process lāzertīrīšanā noņem virsmas piesārņotājus.Izmantojot īpaši īsu impulsa platuma (ns) un īpaši augstas maksimālās jaudas (107–1010 W/cm2) lāzerus, virsmas temperatūra joprojām strauji paaugstināsies pat tad, ja virsma viegli absorbē lāzeru, acumirklī sasniedzot iztvaikošanas temperatūru.Augšpusē tvaiki veidojās virs materiāla virsmas, kā parādīts a) apakšpunktā nākamajā attēlā.Tvaiku temperatūra var sasniegt 104 – 105 K, kas var jonizēt pašu tvaiku vai apkārtējo gaisu, veidojot plazmu.Plazma bloķēs lāzera nokļūšanu līdz materiāla virsmai, un materiāla virsmas iztvaikošana var apstāties, bet plazma turpinās absorbēt lāzera enerģiju, un temperatūra turpinās paaugstināties, veidojot lokālu īpaši augsta temperatūra un augsts spiediens, kas rada momentānu 1-100 kbar uz materiāla virsmas.Trieciens pakāpeniski tiek pārnests uz materiāla iekšpusi, kā parādīts (b) un (c) attēlā zemāk.Trieciena viļņa ietekmē virsmas piesārņotāji tiek sadalīti sīkos putekļos, daļiņās vai fragmentos.Kad lāzers tiek pārvietots prom no apstarošanas pozīcijas, plazma pazūd un lokāli rodas negatīvs spiediens, un piesārņotāju daļiņas vai atkritumi tiek noņemti no virsmas, kā parādīts (d) attēlā zemāk.
Svārstību process
Īsu impulsu ietekmē materiāla sildīšanas un dzesēšanas procesi ir ārkārtīgi ātri.Tā kā dažādiem materiāliem ir dažādi termiskās izplešanās koeficienti, īsa impulsa lāzera apstarošanas laikā virsmas piesārņotāji un substrāts tiks pakļauti dažādu pakāpju augstfrekvences termiskai izplešanās un kontrakcijai, izraisot svārstības, izraisot piesārņotāju nolobīšanos no virsmas. materiāls.Šī pīlinga procesa laikā var nenotikt materiāla iztvaikošana un plazmas veidošanās.Tā vietā bīdes spēks, kas veidojas piesārņotāja un substrāta saskarnē svārstību ietekmē, iznīcina saikni starp piesārņotāju un substrātu..Pētījumi ir parādījuši, ka, ja lāzera krītošais leņķis ir nedaudz palielināts, kontakts starp lāzeru un daļiņu piesārņojumu un substrāta saskarni var tikt palielināts, lāzera tīrīšanas slieksnis var tikt samazināts, svārstību efekts ir acīmredzamāks un tīrīšanas efektivitāte ir augstāka.Tomēr kritiena leņķim nevajadzētu būt pārāk lielam.Pārāk liels kritiena leņķis samazina enerģijas blīvumu, kas iedarbojas uz materiāla virsmu, un vājinās lāzera tīrīšanas spēju.
Lāzera tīrīšanas līdzekļu pielietojumi nozarē
Pelējuma rūpniecība
Lāzera tīrītājs var realizēt veidnes bezkontakta tīrīšanu, kas ir ļoti droša veidnes virsmai, var nodrošināt tās precizitāti un var notīrīt submikronu netīrumu daļiņas, kuras nevar noņemt ar tradicionālajām tīrīšanas metodēm, lai lai panāktu patiesi bezpiesārņojuma, efektīvu un kvalitatīvu tīrīšanu.
Precīzijas instrumentu rūpniecība
Precīzijas mašīnu rūpniecībai bieži vien ir jānoņem no detaļām esteri un minerāleļļas, ko izmanto eļļošanai un izturībai pret koroziju, parasti ķīmiski, un ķīmiskā tīrīšana bieži atstāj atlikumus.Lāzera deesterifikācija var pilnībā noņemt esterus un minerāleļļas, nesabojājot detaļu virsmu.Lāzers veicina plānā oksīda slāņa eksplozīvu gazifikāciju uz detaļas virsmas, veidojot triecienvilni, kā rezultātā tiek noņemti piesārņotāji, nevis mehāniska mijiedarbība.
Dzelzceļa nozare
Pašlaik visa sliežu tīrīšana pirms metināšanas tiek izmantota slīpripas un abrazīvās lentes slīpēšanas veida tīrīšana, kas izraisa nopietnus substrāta bojājumus un nopietnu atlikušo spriegumu, kā arī katru gadu patērē daudz slīpripas palīgmateriālu, kas ir dārgi un izraisa nopietnas putekļu piesārņojums videi.Lāzera tīrīšana var nodrošināt kvalitatīvu un efektīvu zaļās tīrīšanas tehnoloģiju manas valsts ātrgaitas dzelzceļa sliežu ceļu ieklāšanai, atrisināt iepriekš minētās problēmas, novērst metināšanas defektus, piemēram, bezšuvju sliežu caurumus un pelēkos plankumus, kā arī uzlabot manas valsts augstuma stabilitāti un drošību. -ātrvilciena darbība.
Aviācijas nozare
Lidmašīnas virsma pēc noteikta laika ir jāpārkrāso, bet pirms krāsošanas pilnībā jānoņem sākotnējā vecā krāsa.Ķīmiskā mērcēšana/slaucīšana ir galvenā krāsas noņemšanas metode aviācijas jomā.Šīs metodes rezultātā rodas liels daudzums ķīmisko palīgatkritumu, un nav iespējams nodrošināt lokālu apkopi un krāsas noņemšanu.Šis process ir liela slodze un kaitīgs veselībai.Lāzera tīrīšana nodrošina augstas kvalitātes krāsas noņemšanu no lidmašīnas virsmām un ir viegli automatizēta ražošanai.Pašlaik lāzera tīrīšanas tehnoloģija ir izmantota dažu augstākās klases modeļu apkopei.
Kuģu rūpniecība
Pašlaik kuģu pirmsražošanas tīrīšana galvenokārt izmanto smilšu strūklas metodi.Smilšu strūklas metode ir radījusi nopietnu putekļu piesārņojumu apkārtējai videi un pakāpeniski ir aizliegta, kā rezultātā kuģu ražotāji ir samazinājuši vai pat apturējuši ražošanu.Lāzera tīrīšanas tehnoloģija nodrošinās zaļu un bez piesārņojuma tīrīšanas risinājumu pretkorozijas izsmidzināšanai uz kuģu virsmām.
Ieroči
Lāzera tīrīšanas tehnoloģija ir plaši izmantota ieroču apkopē.Lāzera tīrīšanas sistēma var efektīvi un ātri noņemt rūsu un piesārņotājus, kā arī var izvēlēties tīrīšanas daļu, lai realizētu tīrīšanas automatizāciju.Izmantojot lāzertīrīšanu, ne tikai tīrība ir augstāka par ķīmiskās tīrīšanas procesu, bet arī gandrīz nav bojāta objekta virsma.Iestatot dažādus parametrus, lāzera tīrīšanas iekārta var veidot arī blīvu oksīda aizsargplēvi vai metāla kušanas slāni uz metāla priekšmetu virsmas, lai uzlabotu virsmas izturību un izturību pret koroziju.Ar lāzeru izņemtie atkritumi būtībā nepiesārņo vidi, kā arī to var darbināt arī no liela attāluma, kas efektīvi samazina operatora veselību nodarīto kaitējumu.
Ēkas ārpuse
Arvien vairāk tiek būvēti debesskrāpji, un arvien aktuālāka kļūst ēku ārsienu tīrīšanas problēma.Lāzera tīrīšanas sistēma labi attīra ēku ārsienas, izmantojot optiskās šķiedras.Risinājums ar maksimālo garumu 70 metri var efektīvi attīrīt dažādus piesārņotājus no dažādiem akmeņiem, metāliem un stikla, un tā efektivitāte ir daudz augstāka nekā parastajai tīrīšanai.Tas var arī noņemt melnos plankumus un traipus no dažādiem akmeņiem ēkās.Lāzertīrīšanas sistēmas tīrīšanas tests uz ēkām un akmens pieminekļiem liecina, ka lāzera tīrīšana labi ietekmē seno ēku izskatu.
Elektronikas rūpniecība
Elektronikas rūpniecībā oksīdu noņemšanai tiek izmantoti lāzeri: elektronikas rūpniecībai nepieciešama augstas precizitātes dekontaminācija, un lāzera deoksidācija ir īpaši piemērota.Komponentu tapas pirms plāksnes lodēšanas rūpīgi deoksidē, lai nodrošinātu optimālu elektrisko kontaktu, un tapas nedrīkst tikt bojātas dekontaminācijas procesā.Lāzera tīrīšana var atbilst lietošanas prasībām, un efektivitāte ir ļoti augsta, un katrai adatai ir nepieciešama tikai viena lāzera apstarošana.
Atomelektrostacija
Lāzera tīrīšanas sistēmas tiek izmantotas arī reaktoru cauruļu tīrīšanā atomelektrostacijās.Tas izmanto optisko šķiedru, lai reaktorā ievadītu lieljaudas lāzera staru, lai tieši noņemtu radioaktīvos putekļus, un iztīrīto materiālu ir viegli tīrīt.Un, tā kā tas tiek darbināts no attāluma, var tikt garantēta personāla drošība.
Kopsavilkums
Mūsdienu progresīvā ražošanas nozare ir kļuvusi par starptautiskās konkurences vadošajām virsotnēm.Lāzera tīrīšanas iekārtai kā progresīvai lāzeru ražošanas sistēmai ir liels pielietojuma potenciāls rūpnieciskajā attīstībā.Strauji attīstošai lāzera tīrīšanas tehnoloģijai ir ļoti svarīga stratēģiska nozīme ekonomiskajā un sociālajā attīstībā.