Prodhimi i nivelit të lartë dhe ruajtja e energjisë dhe reduktimi i emetimeve kanë një nevojë gjithnjë e më urgjente për procese të avancuara. Për sa i përket trajtimit të sipërfaqes industriale, ekziston një nevojë urgjente për një përmirësim gjithëpërfshirës të teknologjisë dhe proceseve. Proceset tradicionale të pastrimit industrial, të tilla si pastrimi mekanik me fërkim, pastrimi kimik nga korrozioni, pastrimi me ndikim të fortë, pastrimi me ultratinguj me frekuencë të lartë, jo vetëm që kanë cikle të gjata pastrimi, por janë të vështira për t'u automatizuar, kanë efekte të dëmshme në mjedis dhe nuk arrijnë efekti i dëshiruar i pastrimit. Nuk mund të plotësojë mirë nevojat e përpunimit fine.
Megjithatë, me kontradiktat gjithnjë e më të theksuara midis mbrojtjes së mjedisit, efikasitetit të lartë dhe saktësisë së lartë, metodat tradicionale të pastrimit industrial sfidohen shumë. Në të njëjtën kohë, janë shfaqur teknologji të ndryshme pastrimi që janë të favorshme për mbrojtjen e mjedisit dhe të përshtatshme për pjesë në fushën e përfundimit ultrafinitar, dhe teknologjia e pastrimit me lazer është një prej tyre.
Koncepti i pastrimit me lazer
Pastrimi me lazer është një teknologji që përdor një lazer të fokusuar për të vepruar në sipërfaqen e një materiali për të avulluar ose hequr me shpejtësi ndotësit në sipërfaqe, në mënyrë që të pastrohet sipërfaqja e materialit. Krahasuar me metoda të ndryshme tradicionale të pastrimit fizik ose kimik, pastrimi me lazer ka karakteristikat e mungesës së kontaktit, pa materiale harxhuese, pa ndotje, saktësi të lartë, pa dëmtime ose dëmtime të vogla dhe është një zgjedhje ideale për një gjeneratë të re të teknologjisë së pastrimit industrial.
Parimi i punës së makinës së pastrimit me lazer
Parimi imakinë pastrimi me lazerështë më i ndërlikuar dhe mund të përfshijë procese fizike dhe kimike. Në shumë raste, proceset fizike janë procesi kryesor, i shoqëruar nga disa reaksione kimike. Proceset kryesore mund të klasifikohen në tre kategori, duke përfshirë procesin e gazifikimit, procesin e goditjes dhe procesin e lëkundjes.
Procesi i gazifikimit
Kur lazeri me energji të lartë rrezatohet në sipërfaqen e materialit, sipërfaqja thith energjinë e lazerit dhe e shndërron atë në energji të brendshme, në mënyrë që temperatura e sipërfaqes të rritet me shpejtësi dhe të arrijë mbi temperaturën e avullimit të materialit, në mënyrë që ndotësit të jenë ndahet nga sipërfaqja e materialit në formë avulli. Avullimi selektiv zakonisht ndodh kur shkalla e përthithjes së dritës lazer nga ndotësit sipërfaqësor është dukshëm më e lartë se ajo e nënshtresës. Një rast tipik aplikimi është pastrimi i papastërtive në sipërfaqe guri. Siç tregohet në figurën më poshtë, ndotësit në sipërfaqen e gurit kanë një thithje të fortë të lazerit dhe avullohen shpejt. Kur ndotësit hiqen dhe lazeri rrezatohet në sipërfaqen e gurit, përthithja është e dobët, më shumë energji lazer shpërndahet nga sipërfaqja e gurit, ndryshimi i temperaturës së sipërfaqes së gurit është i vogël dhe sipërfaqja e gurit mbrohet nga dëmtimi.
Një proces tipik me bazë kimike ndodh kur një lazer në brezin ultravjollcë përdoret për të pastruar ndotësit organikë, i cili quhet ablacion me lazer. Lazerët ultraviolet kanë gjatësi vale të shkurtra dhe energji të lartë fotonike. Për shembull, lazerët eksimer KrF kanë një gjatësi vale prej 248 nm dhe energji fotonike deri në 5 eV, që është 40 herë më e lartë se energjia e fotonit të lazerit CO2 (0,12 eV). Një energji kaq e lartë e fotonit është e mjaftueshme për të shkatërruar lidhjet molekulare të lëndës organike, në mënyrë që CC, CH, CO, etj në ndotësit organikë të prishen pasi thithin energjinë e fotonit të lazerit, duke rezultuar në gazifikimin me pirolizë dhe largimin nga sipërfaqja.
Procesi i goditjes
Procesi i goditjes është një seri reaksionesh që ndodhin gjatë bashkëveprimit midis lazerit dhe materialit dhe më pas formohet një valë goditëse në sipërfaqen e materialit. Nën veprimin e valës së goditjes, ndotësit e sipërfaqes ndahen dhe bëhen pluhur ose mbeturina që hiqen nga sipërfaqja. Ka shumë mekanizma që shkaktojnë valë goditëse, duke përfshirë plazmën, avullin dhe zgjerimin dhe tkurrjen e shpejtë termike. Duke përdorur valët e goditjes plazmatike si shembull, është e mundur të kuptohet shkurtimisht se si procesi i goditjes në pastrimin me lazer heq ndotësit e sipërfaqes. Me aplikimin e lazerëve me gjerësi të pulsit ultra të shkurtër (ns) dhe fuqi maksimale ultra të lartë (107–1010 W/cm2), temperatura e sipërfaqes do të vazhdojë të rritet ndjeshëm edhe nëse sipërfaqja e përthith lehtë lazerin, duke arritur temperaturën e avullimit në çast. Më sipër, avulli i formuar mbi sipërfaqen e materialit, siç tregohet në (a) në figurën e mëposhtme. Temperatura e avullit mund të arrijë 104 – 105 K, e cila mund të jonizojë vetë avullin ose ajrin përreth për të formuar një plazmë. Plazma do të bllokojë lazerin të arrijë në sipërfaqen e materialit dhe avullimi i sipërfaqes së materialit mund të ndalet, por plazma do të vazhdojë të thithë energjinë e lazerit dhe temperatura do të vazhdojë të rritet, duke formuar një gjendje të lokalizuar të temperatura ultra e lartë dhe presioni i lartë, i cili prodhon një 1-100 kbar të menjëhershëm në sipërfaqen e materialit. Ndikimi gradualisht transferohet në brendësi të materialit, siç tregohet në figurat (b) dhe (c) më poshtë. Nën veprimin e valës së goditjes, ndotësit e sipërfaqes ndahen në pluhur të imët, grimca ose fragmente. Kur lazeri largohet nga pozicioni i rrezatimit, plazma zhduket dhe një presion negativ krijohet në nivel lokal, dhe grimcat ose mbeturinat e ndotësve hiqen nga sipërfaqja, siç tregohet në figurën (d) më poshtë.
Procesi i lëkundjes
Nën veprimin e pulseve të shkurtra, proceset e ngrohjes dhe ftohjes së materialit janë jashtëzakonisht të shpejta. Për shkak se materiale të ndryshme kanë koeficientë të ndryshëm të zgjerimit termik, nën rrezatimin e lazerit me puls të shkurtër, ndotësit e sipërfaqes dhe nënshtresa do t'i nënshtrohen zgjerimit termik dhe tkurrjes me frekuencë të lartë të shkallëve të ndryshme, duke rezultuar në lëkundje, duke shkaktuar që ndotësit të zhvishen nga sipërfaqja e materialin. Gjatë këtij procesi të eksfolimit, mund të mos ndodhë avullimi i materialit dhe mund të mos gjenerohet plazma. Në vend të kësaj, forca prerëse e formuar në ndërfaqen e ndotësit dhe nënshtresës nën veprimin e lëkundjes shkatërron lidhjen midis ndotësit dhe nënshtresës. . Studimet kanë treguar se kur këndi i përplasjes së lazerit rritet pak, kontakti midis lazerit dhe ndotjes së grimcave dhe ndërfaqes së nënshtresës mund të rritet, pragu i pastrimit me lazer mund të reduktohet, efekti i lëkundjes është më i dukshëm dhe efikasiteti i pastrimit është më i lartë. Megjithatë, këndi i përplasjes nuk duhet të jetë shumë i madh. Një kënd shumë i madh përplasjeje do të zvogëlojë densitetin e energjisë që vepron në sipërfaqen e materialit dhe do të dobësojë aftësinë pastruese të lazerit.
Aplikimet në industri të pastruesve lazer
Industria e mykut
Pastruesi me laser mund të realizojë pastrimin pa kontakt të mykut, i cili është shumë i sigurt për sipërfaqen e mykut, mund të sigurojë saktësinë e tij dhe mund të pastrojë grimcat e papastërtive nën mikron që nuk mund të hiqen me metodat tradicionale të pastrimit, në mënyrë që të për të arritur pastrim vërtet pa ndotje, efikase dhe me cilësi të lartë.
Industria e instrumenteve precize
Industria e makinerive precize shpesh duhet të heqë esteret dhe vajrat minerale të përdorura për lubrifikimin dhe rezistencën ndaj korrozionit nga pjesët, zakonisht kimikisht, dhe pastrimi kimik shpesh lë mbetje. Desterifikimi me laser mund të heqë plotësisht esteret dhe vajrat minerale pa dëmtuar sipërfaqen e pjesëve. Lazeri nxit gazifikimin shpërthyes të shtresës së hollë të oksidit në sipërfaqen e pjesës për të formuar një valë goditëse, e cila rezulton në heqjen e ndotësve dhe jo në ndërveprim mekanik.
Industria hekurudhore
Aktualisht, i gjithë pastrimi para saldimit i shinave miraton pastrimin e llojit të bluarjes së rrotave bluarëse dhe brezit gërryes, i cili shkakton dëme serioze në nënshtresë dhe stres serioz të mbetur, dhe konsumon shumë materiale harxhuese të rrotave bluarëse çdo vit, gjë që është e kushtueshme dhe shkakton serioze ndotja e mjedisit nga pluhuri. Pastrimi me lazer mund të ofrojë teknologji të pastrimit të gjelbër me cilësi të lartë dhe efikase për prodhimin e shtrimit të hekurudhave me shpejtësi të lartë të vendit tim, të zgjidhë problemet e mësipërme, të eliminojë defektet e saldimit si vrimat pa probleme të hekurudhave dhe pikat gri, dhe të përmirësojë stabilitetin dhe sigurinë e vendit tim. -funksionimi i hekurudhës me shpejtësi.
Industria e Aviacionit
Sipërfaqja e avionit duhet të rilyhet pas një periudhe të caktuar kohore, por boja e vjetër origjinale duhet të hiqet plotësisht para lyerjes. Njomja/fshirja kimike është metoda kryesore e heqjes së bojës në fushën e aviacionit. Kjo metodë rezulton në një sasi të madhe mbetjesh kimike ndihmëse dhe është e pamundur të arrihet mirëmbajtja lokale dhe heqja e bojës. Ky proces është i rëndë dhe i dëmshëm për shëndetin. Pastrimi me laser mundëson heqjen me cilësi të lartë të bojës në sipërfaqet e lëkurës së avionëve dhe automatizohet lehtësisht për prodhim. Aktualisht, teknologjia e pastrimit me lazer është aplikuar për mirëmbajtjen e disa modeleve të nivelit të lartë.
Industria e anijeve
Aktualisht, pastrimi para-prodhues i anijeve kryesisht miraton metodën e shpërthimit me rërë. Metoda e shpërthimit me rërë ka shkaktuar ndotje serioze me pluhur në mjedisin përreth dhe është ndaluar gradualisht, duke rezultuar në uljen apo edhe pezullimin e prodhimit nga prodhuesit e anijeve. Teknologjia e pastrimit me lazer do të sigurojë një zgjidhje pastrimi të gjelbër dhe pa ndotje për spërkatje kundër korrozionit në sipërfaqet e anijeve.
armatim
Teknologjia e pastrimit me laser është përdorur gjerësisht në mirëmbajtjen e armëve. Sistemi i pastrimit me lazer mund të heqë ndryshkun dhe ndotësit në mënyrë efikase dhe të shpejtë, dhe mund të zgjedhë pjesën e pastrimit për të realizuar automatizimin e pastrimit. Duke përdorur pastrimin me lazer, jo vetëm që pastërtia është më e lartë se procesi i pastrimit kimik, por gjithashtu nuk ka pothuajse asnjë dëmtim në sipërfaqen e objektit. Duke vendosur parametra të ndryshëm, makina e pastrimit me lazer mund të formojë gjithashtu një film mbrojtës të dendur oksid ose shtresë shkrirjeje metalike në sipërfaqen e objekteve metalike për të përmirësuar forcën e sipërfaqes dhe rezistencën ndaj korrozionit. Mbetjet e larguara nga lazeri në thelb nuk ndotin mjedisin dhe mund të përdoren gjithashtu në një distancë të gjatë, gjë që redukton në mënyrë efektive dëmtimin e shëndetit të operatorit.
Ndërtesa e jashtme
Gjithnjë e më shumë rrokaqiejt po ndërtohen dhe problemi i pastrimit të ndërtimit të mureve të jashtme është bërë gjithnjë e më i spikatur. Sistemi i pastrimit me lazer pastron mirë muret e jashtme të ndërtesave përmes fibrave optike. Zgjidhja me gjatësi maksimale 70 metra mund të pastrojë në mënyrë efektive ndotës të ndryshëm në gurë, metale dhe xhami të ndryshëm dhe efikasiteti i tij është shumë më i lartë se ai i pastrimit konvencional. Gjithashtu mund të largojë pikat e zeza dhe njollat nga gurët e ndryshëm në ndërtesa. Testi i pastrimit të sistemit të pastrimit me lazer në ndërtesat dhe monumentet prej guri tregon se pastrimi me laser ka një efekt të mirë në mbrojtjen e pamjes së ndërtesave antike.
Industria Elektronike
Industria elektronike përdor lazer për të hequr oksidet: Industria e elektronikës kërkon dekontaminim me precizion të lartë dhe deoksidimi me lazer është veçanërisht i përshtatshëm. Kunjat e komponentëve duhet të deoksidohen tërësisht përpara se të bashkoni pllakën për të siguruar kontakt elektrik optimal dhe kunjat nuk duhet të dëmtohen gjatë procesit të dekontaminimit. Pastrimi me lazer mund të plotësojë kërkesat e përdorimit, dhe efikasiteti është shumë i lartë dhe kërkohet vetëm një rrezatim lazer për secilën gjilpërë.
Centrali Bërthamor
Sistemet e pastrimit me lazer përdoren gjithashtu në pastrimin e tubave të reaktorëve në termocentralet bërthamore. Ai përdor një fibër optike për të futur një rreze lazer me fuqi të lartë në reaktor për të hequr drejtpërdrejt pluhurin radioaktiv dhe materiali i pastruar është i lehtë për t'u pastruar. Dhe për shkak se operohet nga një distancë, siguria e stafit mund të garantohet.
Përmbledhje
Industria e përparuar e prodhimit të sotëm është bërë majat komanduese të konkurrencës ndërkombëtare. Si një sistem i avancuar në prodhimin e lazerit, makina e pastrimit me lazer ka potencial të madh për vlerën e aplikimit në zhvillimin industrial. Zhvillimi i fuqishëm i teknologjisë së pastrimit me lazer ka një rëndësi strategjike shumë të rëndësishme për zhvillimin ekonomik dhe social.