تمیز کردن لیزر در مقابل بافت سطحی: کاربردهای صنعتی، مزایا و روندهای آینده

بدون فناوری لیزر، دستاوردهای امروزی در تولید ورق فلزی دقیق غیرممکن خواهد بود. برش لیزری اکنون در همه جا وجود دارد و جوشکاری لیزری-چه بصورت خودکار و چه دستی{2}}به سرعت در حال گسترش است. با این حال، لیزر به برش و جوش محدود نمی شود. آنها همچنین می توانند تمیز کردن را انجام دهند.

اگرچه فناوری تمیز کردن لیزر هنوز به طور گسترده مورد استفاده قرار نگرفته است، اما در حال حاضر جای پای محکمی در کاربردهایی مانند حذف رنگ و از بین بردن زنگ زدگی، به ویژه در فرآیندهای تمیز کردن تخصصی در صنایعی مانند هوافضا و خودرو ایجاد کرده است. اکثر تجهیزات تمیز کردن لیزر از اجزای نوری اسکن استفاده می کنند که می توانند پرتو لیزر را با سرعت چند متر در ثانیه حرکت دهند و آن را بر روی سطوح به اشکال دلخواه (مانند دایره یا مستطیل) پخش کنند.

تمیز کردن لیزرمجموعه ای از فرآیندهای مختلف را در بر می گیرد که در درجه اول به دو دسته تقسیم می شوند. یکی شامل حذف آلودگی های سطحی است، در حالی که دیگری شامل "حکاکی" یا "بافت" سطح برای برآورده کردن الزامات خاص برای پوشش ها، چسباندن چسب یا سایر کاربردها است. اگرچه حذف آلاینده ها (که به آن "تمیز کردن" گفته می شود) و بافت لیزری می توانند از تجهیزات مشابه یا حتی یکسان استفاده کنند، این دو فرآیند اساساً متفاوت هستند و تولید کنندگان بر اساس نیازهای خاص خود دسته مناسب را انتخاب می کنند.

هسته اصلی تمیز کردن لیزر حذف آلودگی های سطحی مانند زنگ زدگی و رنگ ناخواسته است. تجهیزات معمولاً شامل یک سیستم استخراج دود برای جذب آلاینده های حذف شده توسط لیزر هستند. در برخی از کاربردهای حیاتی هوافضا، مانند تمیز کردن تیتانیوم، گازهای محافظ برای جلوگیری از تشکیل اکسیدها مورد نیاز است.

در بسیاری از کاربردهای رایج، لیزرها با حذف آلودگی های سطحی کار می کنند. فرسایش (تبدیل مستقیم مواد جامد به گاز) زمانی موثرتر است که آستانه فرسایش آلاینده به طور قابل توجهی کمتر از فلز پایه باشد و به لیزر اجازه می دهد تا آلاینده ها را بدون تأثیر روی سطح فلز تبخیر کند.

انرژی ارسال شده توسط لیزر بسته به ماده ای که باید حذف شود، عملیات تمیز کردن را به روش های مختلفی انجام می دهد. به عنوان مثال، گاهی اوقات لیزر یک اثر شوک حرارتی بر روی سطح ایجاد می کند، که باعث می شود زباله های سطحی مانند زنگ زدگی به دلیل تفاوت در ضرایب انبساط حرارتی بین آلاینده و فلز پایه، "لرزیده شوند". در موارد دیگر، حرارت لیزر موادی را که قرار است برداشته شود-معمولاً رنگ یا سایر پوشش‌های ارگانیک را می‌سوزاند.

لکه‌های روغن در برابر نور لیزر شفاف هستند و بنابراین نمی‌توان آنها را از طریق ابلیشن یا شوک حرارتی پاک کرد. در چنین مواقعی لیزر قسمت های خاصی از روغن را "جوش" می کند. به طور خاص، لیزر ناحیه کوچکی از سطح فلز را گرم می کند و باعث می شود قطرات روغن از سطح به هوا بپرند، جایی که سیستم استخراج دود آنها را جذب می کند. در این کاربردها، سیستم استخراج دود به اندازه خود لیزر مهم است.

لیزرها دقت بی نظیری با سایر ابزارها ارائه می دهند. توان لیزر، مدت زمان پالس و پروفیل پرتو قابل تنظیم است که به فرآیند اجازه می‌دهد فقط نواحی تعیین‌شده را بدون تأثیر بر مناطق اطراف حذف کند. درست مانند تمیز کردن لیزری-که در آن فلز پایه در حین حذف آلاینده‌ها بی‌تأثیر باقی می‌ماند{3}}بافت لیزری نیز می‌تواند تحت کنترل دقیق انجام شود.

در طی این فرآیندها، پرتو لیزر معمولاً یک پرتو گاوسی است که انرژی بالایی در مرکز آن متمرکز شده است. لیزر لایه فلزی را از بین می‌برد و باعث می‌شود که فلز زیرین دچار تغییرات فازی آنی-از جامد به مایع و برگشت به جامد شود. این فرآیند معمولاً از لیزرهای تک حالته استفاده می‌کند که می‌تواند نقاط کانونی بسیار کوچکی ایجاد کند و در نتیجه بافت‌های سطحی بسیار دقیق ایجاد کند.

این فرآیند را می‌توان به عملیات انفجار تشبیه کرد، که در آن اندازه هر ذره ساینده دقیقاً کنترل می‌شود-اگرچه بافت لیزری به شیوه‌ای کاملاً متفاوت عمل می‌کند: سطح را با استفاده از حرارت لیزر به جای ضربه فیزیکی از ذرات ساینده درمان می‌کند.

در برخی از کاربردهای تولید فلز، بافت لیزری می‌تواند دقیقاً سطوح را الگوبرداری کند تا خواص آنها را تغییر دهد-به عنوان مثال، سطح را آبگریز کند. این برنامه‌های بافت‌سازی دقیق معمولاً از لیزرهایی با مدت زمان پالس بسیار کوتاه استفاده می‌کنند که معمولاً در پیکو ثانیه یا فمتوثانیه اندازه‌گیری می‌شوند. بسیاری از کاربردهای دیگر بافت برای آماده سازی سطوح فلزی برای پوشش، بدون نیاز به ذرات ساینده یا مواد پاک کننده شیمیایی استفاده می شود.

تمیز کردن خودکار لیزری در محیط‌های-مخلوط و با حجم کم-به طور فزاینده‌ای رایج می‌شود. به عنوان مثال، تمیز کردن برای جوشکاری باتری یک کاربرد معمولی است. این سیستم ها میلیون ها قطعه را پردازش می کنند و در هر ثانیه چندین جزء را جوش می دهند و در عین حال سطوح خود را تمیز می کنند.

حذف روان کننده ها پس از مهر زنی نشان دهنده یکی دیگر از کاربردهایی است که به سرعت در حال رشد است. قبلاً، این عملیات بر روی خطوط تمیز کردن در مقیاس بزرگ- برای آماده سازی قطعات مهر شده برای پوشش، با استفاده از حجم زیادی از آب- که به راحتی توسط فلزات و سایر زباله ها آلوده می شوند، تکیه داشت و درمان را دشوار و پرهزینه می کند.

آماده سازی چسب یکی دیگر از زمینه های کاربردی مهم، به ویژه بافت لیزری است. در برخی موارد، محفظه ها ممکن است نیاز به مونتاژ با استفاده از چسب های خاصی داشته باشند که سطوح را با بافت ها یا الگوهای خاص منطبق می کند. تولید لنت ترمز از فناوری مشابهی استفاده می کند: قبل از قرار دادن لنت ترمز، لیزرها سطح فلز را بافت می دهند.

مزایای سرعت و کیفیت جوش لیزری به خوبی شناخته شده است، به همین دلیل است که به طور فزاینده ای در کارگاه ها ظاهر می شود. بنابراین، آیا بافت لیزری می تواند جایگزین سندبلاست شود؟

تجهیزات خودکار در سناریوهای-حجم، کم{1}}ترکیب-به‌ویژه برای قطعات با اشکال هندسی ساده عملکرد خوبی دارند. با این حال، همانطور که قطعات پیچیده تر می شوند و مجموعه قطعات بزرگتر می شوند، دشواری اتوماسیون نیز افزایش می یابد. این به ماهیت بافت لیزر مربوط می شود: در حالت ایده آل، پرتو لیزر باید عمود بر سطح فلز-یا تا حد امکان به عمود نزدیک باشد.

تمیز کردن و بافت لیزری برای همه شرایط مناسب نیست. کاربرد آنها به نوع آلاینده ای که باید حذف شود و نیازهای تصفیه سطح بستگی دارد. برای مثال، لیزرها به ویژه در حذف لایه‌های اکسید ضخیم از{{1}صفحات فولادی نورد داغ-به‌ویژه در محیط‌های خودکار که به توان عملیاتی بالا نیاز دارند، مؤثر نیستند.

با این وجود، تمیز کردن لیزری و بافت سازی هنوز پتانسیل فوق العاده ای را نشان می دهد، به ویژه در صنایعی که در تلاش برای یافتن کارگران ماهر هستند. سندبلاست و پاک کننده های شیمیایی اغلب محیط کار را کمتر از ایده آل می کنند.

جایگزین کردن تمام مواد ساینده و مواد شیمیایی با لیزر-از طریق پروتکل‌های ایمنی مناسب (از جمله تجهیزات حفاظت فردی، اقدامات ایمنی لیزر، و محفظه‌های در هم قفل شده با لیزر{1}}شیشه ایمن مناسب)-می‌تواند کارگاه‌های کارخانه را به محیط‌های کاری تمیزتر و جذاب‌تر تبدیل کند. برای صنعتی که دائماً به دنبال راه های جدید برای جذب کارگران است، ایجاد یک محیط کاری بهتر بدون شک ایده خوبی است.