La produzione di fascia alta, il risparmio energetico e la riduzione delle emissioni hanno un bisogno sempre più urgente di processi avanzati. In termini di trattamento delle superfici industriali, esiste l’urgente necessità di un aggiornamento completo della tecnologia e dei processi. I tradizionali processi di pulizia industriale, come la pulizia per attrito meccanico, la pulizia per corrosione chimica, la pulizia a forte impatto, la pulizia a ultrasuoni ad alta frequenza, non solo hanno cicli di pulizia lunghi, ma sono difficili da automatizzare, hanno effetti dannosi sull'ambiente e non riescono a raggiungere gli obiettivi effetto pulente desiderato. Non può soddisfare bene le esigenze di lavorazione fine.
Macchine per la pulizia laser di precisione: rivoluzionari nella pulizia industriale
Tuttavia, con le contraddizioni sempre più evidenti tra protezione ambientale, alta efficienza e alta precisione, i metodi tradizionali di pulizia industriale sono fortemente messi alla prova. Allo stesso tempo, sono emerse diverse tecnologie di pulizia favorevoli alla tutela dell'ambiente e adatte a componenti nel campo dell'ultrafinitura, e la tecnologia di pulizia laser è una di queste.
Concetto di pulizia laser
La pulizia laser è una tecnologia che utilizza un laser focalizzato per agire sulla superficie di un materiale per vaporizzare o staccare rapidamente i contaminanti sulla superficie, in modo da pulire la superficie del materiale. Rispetto ai vari metodi tradizionali di pulizia fisica o chimica, la pulizia laser ha le caratteristiche di assenza di contatto, assenza di materiali di consumo, assenza di inquinamento, alta precisione, assenza di danni o piccoli danni ed è la scelta ideale per una nuova generazione di tecnologia di pulizia industriale.
Principio di funzionamento della macchina per la pulizia laser
Il principio della macchina per la pulizia laser è più complicato e può includere processi sia fisici che chimici. In molti casi, i processi fisici sono il processo principale, accompagnati da alcune reazioni chimiche. I processi principali possono essere classificati in tre categorie, tra cui processo di gassificazione, processo di shock e processo di oscillazione.
Processo di gassificazione
Quando il laser ad alta energia viene irradiato sulla superficie del materiale, la superficie assorbe l'energia laser e la converte in energia interna, in modo che la temperatura superficiale aumenti rapidamente e raggiunga la temperatura di vaporizzazione del materiale, in modo che gli inquinanti vengano eliminati. separato dalla superficie del materiale sotto forma di vapore. La vaporizzazione selettiva avviene solitamente quando il tasso di assorbimento della luce laser da parte dei contaminanti superficiali è significativamente superiore a quello del substrato. Un tipico caso applicativo è la pulizia dello sporco su superfici lapidee. Come mostrato nella figura sottostante, gli inquinanti presenti sulla superficie della pietra hanno un forte assorbimento del laser e vengono rapidamente vaporizzati. Quando gli inquinanti vengono rimossi e il laser viene irradiato sulla superficie della pietra, l'assorbimento è debole, più energia laser viene dispersa dalla superficie della pietra, la variazione di temperatura della superficie della pietra è piccola e la superficie della pietra è protetta dai danni.
Un tipico processo a base chimica si verifica quando un laser nella banda ultravioletta viene utilizzato per pulire i contaminanti organici, processo chiamato ablazione laser. I laser ultravioletti hanno lunghezze d'onda corte e un'elevata energia fotonica. Ad esempio, i laser ad eccimeri KrF hanno una lunghezza d'onda di 248 nm e un'energia fotonica fino a 5 eV, che è 40 volte superiore all'energia fotonica del laser CO2 (0,12 eV). Un'energia fotonica così elevata è sufficiente per distruggere i legami molecolari della materia organica, in modo che CC, CH, CO, ecc. negli inquinanti organici vengano rotti dopo aver assorbito l'energia fotonica del laser, con conseguente gassificazione pirolitica e rimozione dalla superficie.
Processo shock
Il processo d'urto è una serie di reazioni che si verificano durante l'interazione tra il laser e il materiale, dopodiché si forma un'onda d'urto sulla superficie del materiale. Sotto l'azione dell'onda d'urto, i contaminanti superficiali vengono frantumati e diventano polvere o detriti staccati dalla superficie. Esistono molti meccanismi che causano le onde d’urto, tra cui plasma, vapore e rapida espansione e contrazione termica. Utilizzando come esempio le onde d'urto del plasma, è possibile comprendere brevemente come il processo d'urto nella pulizia laser rimuove i contaminanti superficiali. Con l’applicazione di laser con larghezza di impulso ultrabreve (ns) e potenza di picco ultraelevata (107–1010 W/cm2), la temperatura superficiale aumenterà comunque bruscamente anche se la superficie assorbe leggermente il laser, raggiungendo istantaneamente la temperatura di vaporizzazione. Sopra, il vapore formatosi sopra la superficie del materiale, come mostrato in (a) nella figura seguente. La temperatura del vapore può raggiungere 104 – 105 K, che può ionizzare il vapore stesso o l'aria circostante per formare un plasma. Il plasma impedirà al laser di raggiungere la superficie del materiale e la vaporizzazione della superficie del materiale potrebbe arrestarsi, ma il plasma continuerà ad assorbire l'energia del laser e la temperatura continuerà a salire, formando uno stato localizzato di temperatura ultraelevata e alta pressione, che producono istantaneamente 1-100 kbar sulla superficie del materiale. L'impatto viene gradualmente trasferito all'interno del materiale, come mostrato nelle Figure (b) e (c) seguenti. Sotto l'azione dell'onda d'urto, gli agenti contaminanti superficiali vengono frantumati in minuscole polveri, particelle o frammenti. Quando il laser viene allontanato dalla posizione di irradiazione, il plasma scompare e localmente viene generata una pressione negativa e le particelle o i detriti dei contaminanti vengono rimossi dalla superficie, come mostrato nella Figura (d) di seguito.
Processo di oscillazione
Sotto l'azione di brevi impulsi, i processi di riscaldamento e raffreddamento del materiale sono estremamente rapidi. Poiché materiali diversi hanno coefficienti di dilatazione termica diversi, sotto l'irradiazione del laser a impulsi brevi, i contaminanti superficiali e il substrato subiranno espansione e contrazione termica ad alta frequenza di diverso grado, con conseguente oscillazione, causando il distacco dei contaminanti dalla superficie del il materiale. Durante questo processo di esfoliazione, potrebbe non verificarsi la vaporizzazione del materiale e potrebbe non essere generato plasma. Invece, la forza di taglio che si forma all'interfaccia del contaminante e del substrato sotto l'azione dell'oscillazione distrugge il legame tra il contaminante e il substrato. . Gli studi hanno dimostrato che quando l'angolo di incidenza del laser viene leggermente aumentato, il contatto tra il laser e la contaminazione delle particelle e l'interfaccia del substrato può essere aumentato, la soglia di pulizia del laser può essere ridotta, l'effetto di oscillazione è più evidente e il l'efficienza della pulizia è maggiore. Tuttavia, l'angolo incidente non dovrebbe essere troppo grande. Un angolo incidente troppo grande ridurrà la densità di energia che agisce sulla superficie del materiale e indebolirà la capacità di pulizia del laser.
Applicazioni industriali dei pulitori laser
Industria degli stampi
Il pulitore laser può realizzare la pulizia senza contatto dello stampo, che è molto sicura per la superficie dello stampo, può garantirne l'accuratezza e può pulire le particelle di sporco inferiori al micron che non possono essere rimosse con i metodi di pulizia tradizionali, in modo da per ottenere una pulizia veramente priva di inquinamento, efficiente e di alta qualità.
Industria degli strumenti di precisione
L'industria dei macchinari di precisione ha spesso bisogno di rimuovere dalle parti gli esteri e gli oli minerali utilizzati per la lubrificazione e la resistenza alla corrosione, solitamente chimicamente, e la pulizia chimica spesso lascia residui. La deesterificazione laser può rimuovere completamente esteri e oli minerali senza danneggiare la superficie delle parti. Il laser favorisce la gassificazione esplosiva del sottile strato di ossido sulla superficie della parte per formare un'onda d'urto, che si traduce nella rimozione di contaminanti anziché nell'interazione meccanica.
Industria ferroviaria
Allo stato attuale, tutta la pulizia pre-saldatura delle rotaie adotta la pulizia del tipo a mola e nastro abrasivo, che provoca gravi danni al substrato e gravi stress residui e consuma molti materiali di consumo della mola ogni anno, il che è costoso e causa gravi inquinamento da polveri per l’ambiente. La pulizia laser può fornire una tecnologia di pulizia ecologica efficiente e di alta qualità per la produzione di posa di binari ferroviari ad alta velocità del mio paese, risolvere i problemi di cui sopra, eliminare difetti di saldatura come fori ferroviari senza giunture e punti grigi e migliorare la stabilità e la sicurezza dell'alta qualità del mio paese -esercizio ferroviario ad alta velocità.
Industria aeronautica
La superficie dell'aereo necessita di essere riverniciata dopo un certo periodo di tempo, ma la vecchia vernice originale deve essere completamente rimossa prima della verniciatura. L'ammollo/pulizia chimica è il principale metodo di sverniciatura nel campo dell'aviazione. Questo metodo produce una grande quantità di rifiuti ausiliari chimici ed è impossibile effettuare la manutenzione locale e la sverniciatura. Questo processo è un carico di lavoro pesante e dannoso per la salute. La pulizia laser consente una rimozione di alta qualità della vernice sulle superfici del rivestimento degli aerei ed è facilmente automatizzabile per la produzione. Attualmente, la tecnologia di pulizia laser è stata applicata alla manutenzione di alcuni modelli di fascia alta.
Industria navale
Attualmente, la pulizia pre-produzione delle navi adotta principalmente il metodo della sabbiatura. Il metodo della sabbiatura ha causato un grave inquinamento da polveri nell'ambiente circostante ed è stato progressivamente vietato, con conseguente riduzione o addirittura sospensione della produzione da parte dei costruttori navali. La tecnologia di pulizia laser fornirà una soluzione di pulizia ecologica e priva di inquinamento per la spruzzatura anticorrosione sulle superfici delle navi.
Armi
La tecnologia di pulizia laser è stata ampiamente utilizzata nella manutenzione delle armi. Il sistema di pulizia laser può rimuovere ruggine e contaminanti in modo efficiente e rapido e può selezionare la parte di pulizia per realizzare l'automazione della pulizia. Utilizzando la pulizia laser, non solo la pulizia è superiore rispetto al processo di pulizia chimica, ma non si verificano quasi danni alla superficie dell'oggetto. Impostando parametri diversi, la macchina per la pulizia laser può anche formare una densa pellicola protettiva di ossido o uno strato di fusione del metallo sulla superficie degli oggetti metallici per migliorare la resistenza superficiale e la resistenza alla corrosione. I rifiuti rimossi dal laser sostanzialmente non inquinano l'ambiente e possono essere utilizzati anche a lunga distanza, il che riduce efficacemente i danni alla salute dell'operatore.
Esterno dell'edificio
Vengono costruiti sempre più grattacieli e il problema della pulizia dei muri esterni degli edifici è diventato sempre più importante. Il sistema di pulizia laser pulisce bene le pareti esterne degli edifici attraverso le fibre ottiche. La soluzione con una lunghezza massima di 70 metri può pulire efficacemente vari inquinanti su varie pietre, metalli e vetro e la sua efficienza è molto superiore a quella della pulizia convenzionale. Può anche rimuovere punti neri e macchie da varie pietre negli edifici. Il test di pulizia del sistema di pulizia laser sugli edifici e sui monumenti in pietra dimostra che la pulizia laser ha un buon effetto sulla protezione dell'aspetto degli edifici antichi.
Industria elettronica
L'industria elettronica utilizza i laser per rimuovere gli ossidi: l'industria elettronica richiede una decontaminazione ad alta precisione e la disossidazione laser è particolarmente adatta. I pin dei componenti devono essere completamente disossidati prima di saldare la scheda per garantire un contatto elettrico ottimale e i pin non devono essere danneggiati durante il processo di decontaminazione. La pulizia laser può soddisfare i requisiti di utilizzo e l'efficienza è molto elevata ed è necessaria una sola irradiazione laser per ciascun ago.
Centrale nucleare
I sistemi di pulizia laser vengono utilizzati anche nella pulizia dei tubi dei reattori nelle centrali nucleari. Utilizza una fibra ottica per introdurre un raggio laser ad alta potenza nel reattore per rimuovere direttamente la polvere radioattiva e il materiale pulito è facile da pulire. E poiché viene gestito a distanza, la sicurezza del personale può essere garantita.
Riepilogo
L'industria manifatturiera avanzata di oggi è diventata l'apice della competizione internazionale. Essendo un sistema avanzato nella produzione laser, la macchina per la pulizia laser ha un grande potenziale di valore applicativo nello sviluppo industriale. Lo sviluppo vigoroso della tecnologia di pulizia laser ha un significato strategico molto importante per lo sviluppo economico e sociale.