تمیز کردن لیزر چیست؟ مکانیسم ها ، مزایا و کاربردهای عملی

1 پس زمینه برنامه

در صنعت و سایر زمینه ها ، روش های تمیز کردن سنتی مانند تمیز کردن شیمیایی و سنگ زنی مکانیکی مدتهاست که حاکم است. تمیز کردن شیمیایی احتمالاً مقدار زیادی مایع زباله شیمیایی ایجاد می کند و باعث آلودگی محیطی می شود و همچنین خطر خوردگی برخی از اجزای دقیق وجود دارد. اگرچه سنگ زنی مکانیکی می تواند خاک سطحی را از بین ببرد ، اما به راحتی به مواد پایه آسیب می رساند. این اثر در هنگام برخورد با اجزای اشکال پیچیده تأثیر ضعیفی دارد و همچنین آلودگی گرد و غبار را ایجاد می کند و تهدیدی برای سلامت اپراتورها ایجاد می کند. علاوه بر این ، پاسخگویی به الزامات تمیز کردن با دقت بالا دشوار است.

با توسعه سریع صنایع تولیدی سطح بالا مانند هوافضا ، ترانزیت ریلی و کشتی های دریایی ، الزامات تمیز کردن قطعات به طور فزاینده ای سختگیرانه می شوند. اجزای بزرگ و پیچیده ، مانند ورودی های موتور هواپیما ، بدنهای اتومبیل ریلی با سرعت بالا و پوشش های دریچه کشتی ، کیفیت سطح آنها به طور مستقیم بر عملکرد محصول و عمر خدمات تأثیر می گذارد. این مؤلفه ها نه تنها از نظر اندازه و از نظر شکل پیچیده هستند ، بلکه برای تمیز کردن دقت ، کارآیی و یکپارچگی سطح نیز نیازهای بسیار بالایی دارند. روشهای نظافت سنتی دیگر نمی توانند نیازهای توسعه صنایع تولید مدرن را برآورده سازند.

در برابر زمینه رو به رشد آگاهی جهانی از حفاظت از محیط زیست ، صنعت تولید با فشار کاهش انتشار آلودگی و مصرف منابع روبرو است. به عنوان یک فناوری تمیز کردن سبز ، فن آوری تمیز کردن لیزر مزایایی مانند آلودگی شیمیایی ، مصرف کم انرژی و تمیز کردن بدون تماس دارد. این می تواند به طور موثری مشکلات زیست محیطی ناشی از روشهای نظافت سنتی را حل کند ، مطابق با استراتژی توسعه پایدار باشد و تقاضای کاربرد در زمینه های مختلف بیشتر و فوری شود.

ترتیب. فناوری تمیز کردن لیزر: مکانیسم

تمیز کردن لیزرفناوری است که از پرتو لیزر با چگالی پر انرژی برای تعامل با سطح یک ماده استفاده می کند. این امر باعث می شود خاک ، پوشش ها و غیره از سطح بستر جدا شده یا تجزیه شوند و از این طریق به هدف تمیز کردن برسند.

فرآیند تمیز کردن لیزر شامل چندین مکانیسم فیزیکی مانند فرسایش حرارتی ، لرزش استرس ، انبساط حرارتی ، تبخیر ، انفجار فاز ، فشار تبخیر و شوک پلاسما است. این مکانیسم ها با هم کار می کنند تا شیء را برای تمیز کردن از بستر جدا کنند و به اثر تمیز کردن دست یابند.

با توجه به رسانه های مختلف تمیز کردن ، تمیز کردن لیزر را می توان به تمیز کردن لیزر خشک ، تمیز کردن لیزر مرطوب و تمیز کردن موج شوک لیزر تقسیم کرد.

تمیز کردن خشک لیزر

تمیز کردن خشک لیزر در حال حاضر پرکاربردترین روش تمیز کردن لیزر است. از یک پرتو لیزر برای تابش مستقیم سطح بستر استفاده می کند و باعث می شود بستر برای غلبه بر نیروی ون در والس تحت گسترش حرارتی قرار بگیرد و در نتیجه خاک را از بین ببرد.

شدت لیزر:تغییر در چگالی انرژی لیزر به طور قابل توجهی بر اثر تمیز کردن تأثیر می گذارد. در شدت انرژی کم ، تبخیر و انفجار فاز فرآیندهای اصلی است. در تراکم انرژی بالا ، فشار تبخیر و اثرات شوک نیز به وجود می آید و انرژی فوق العاده بالا ممکن است منجر به مشکلاتی مانند تولید پلاسما شود. معمولاً تمیز کردن با چگالی انرژی نسبتاً کم برای محافظت از بستر انجام می شود.

طول موج لیزر:طول موج مربوط به اتصال انرژی مواد است. در طول موج های کوتاه ، فرسایش فتوشیمیایی حاکم است ، در حالی که در طول موج های طولانی ، فرسایش فوتوترمال حاکم است. علاوه بر این ، طول موج بر توزیع نیرو و دما بین ذرات و بستر تأثیر می گذارد ، بنابراین بر نیروی تمیز کردن و کارآیی تأثیر می گذارد. تأثیر طول موج نیز برای کارهای مختلف تمیز کردن متفاوت است.

عرض نبض:مکانیسم های تمیز کردن پال های کوتاه و بلند متفاوت است. پالس های طولانی دارای اثر فرسایش قوی اما انتخاب ضعیف هستند ، در حالی که پالس های کوتاه می توانند درجه حرارت بالا و امواج شوک ایجاد کنند تا آلاینده ها با آسیب کمتری از بین بروند. در مورد عرض پالس کوتاه ، مکانیسم "فرسایش" در حال کار است.

زاویه بروز:هنگامی که لیزر به صورت عمودی تابش می شود ، ذرات آلاینده می توانند لیزر را مسدود کنند. تابش مورب می تواند راندمان تمیز کردن را بهبود بخشد.

مکانیسم تمیز کردن خشک لیزر و تأثیر پارامترهای کلیدی بر اثر تمیز کردن: الف) مکانیسم ب) طول موج ج) عرض پالس د) زاویه بروز E) بروز جلو/عقب

تمیز کردن لیزر مرطوب

از طریق کمک یک فیلم مایع حاصل می شود. یک فیلم مایع از قبل روی سطح قطعه کار برای تمیز کردن قرار گرفته است. هنگامی که لیزر به طور مستقیم تابش می یابد ، مایع به سرعت گرم می شود و یک نیروی ضربه قوی ایجاد می کند و از این طریق آلاینده ها را روی سطح بستر از بین می برد.

مکانیسم تمیز کردن لیزر مرطوب

تمیز کردن موج شوک لیزر

فناوری تمیز کردن موج شوک لیزر به دو دسته تقسیم می شود: شوک لیزر خشک-تمیز کردن موج و تمیز کردن موج شوک لیزر.

در طول تمیز کردن موج شوک لیزر خشک ، لیزر برای تولید پلاسما که بر ذرات تأثیر می گذارد ، متمرکز شده است. این می تواند از آسیب های ناشی از تابش مستقیم جلوگیری کند ، اما ممکن است نقاط کور وجود داشته باشد. با تغییر زاویه حادثه یا استفاده از تمیز کردن پرتو دوگانه می توان آن را بهبود بخشید.

تمیز کردن موج شوک لیزر ترکیبی شامل روش هایی مانند بخار ، زیر آب و شوک لیزر مرطوب است. این از اثرات مربوط به مایعات برای از بین بردن خاک استفاده می کند. این مربوط به خصوصیاتی مانند چگالی مایع است و دارای طیف گسترده ای از برنامه های کاربردی با مزایای آشکار است.

مکانیسم تمیز کردن موج شوک لیزر: الف) تمیز کردن موج شوک لیزر خشک ب) تمیز کردن موج شوک خشک لیزر خشک B1) لیزر تک-پرتو B2) لیزر پرتو دوتایی ج) تمیز کردن موج شوک لیزر.

3. هوافضا: فیلم اکسید در مجرای مصرف آلیاژ تیتانیوم

این یک اثر قابل توجه برای تمیز کردن فیلم اکسید بر روی سطح مجرای دریافت آلیاژ تیتانیوم با استفاده از لیزر پالس نانو ثانیه است. مشخصه اثر حرارتی کم آن می تواند از اکسیداسیون ثانویه جلوگیری کند ، که یک روش تمیز کردن بهتر است.

مکانیسم تمیز کردن خشک:
مکانیسم اصلی فرسایش لیزر است. هنگامی که انرژی لیزر بر روی فیلم اکسید عمل می کند ، سطح مقدار زیادی انرژی را جذب می کند. بسته به انرژی ، مکانیسم فرسایش تغییر می کند و ساختارهای مختلف مورفولوژیکی روی سطح شکل می گیرد.

هنگامی که انرژی کم است ، بخشی از فیلم اکسید برداشته می شود ، و مقدار کمی از آن از منطقه بازسازی شده است. هنگامی که انرژی متوسط ​​است ، فیلم اکسید برداشته می شود و آسیب ناچیز است. هنگامی که انرژی خیلی زیاد است ، اگرچه فیلم اکسید قابل حذف است ، اما آسیب بزرگی به بستر وارد می کند و یک ساختار پراکنده روی سطح شکل می گیرد.

مکانیسم تمیز کردن مرطوب:

در تراکم انرژی کمتر ، مکانیسم تمیز کردن موج شوک ناشی از لیزر است. در تراکم انرژی بالاتر ، عمدتا فرسایش لیزر و انفجار فاز است. در طی فرآیند تمیز کردن ، آلیاژ تیتانیوم به سرعت خنک می شود و گرم می شود تا آلیاژ تیتانیوم مارتنزیتی را تشکیل دهد. هنگامی که چگالی انرژی به یک مقدار مشخص افزایش می یابد ، سطح به یک سطح برآمدگی نانو ساختار یافته تبدیل می شود و این ساختار نانو برای استفاده بعدی از مواد آلیاژ تیتانیوم از اهمیت بالایی برخوردار است.

اثر تمیز کردن لیزر و مکانیسم فیلم اکسید بر روی سطح مجرای مصرف آلیاژ تیتانیوم هوافضا: الف) مورفولوژی سطح آلیاژ تیتانیوم پس از تمیز کردن ب) مکانیسم اصلی تمیز کردن لیزر اکسید آلیاژ تیتانیوم فیلم C) مکانیسم اصلی تمیز کردن لیزر تیتانیوم آلیاژ اکسید اکسید اکسید.

4. راه آهن پر سرعت: روی بدنه آلیاژ آلومینیوم رنگ آمیزی کنید
 

ضخامت رنگ و روش تمیز کردن:

برای تمیز کردن رنگ در بدنهای اتومبیل آلیاژ آلومینیوم با سرعت بالا ، رنگ ها و ضخامت های مختلف رنگ به روشهای مختلف تمیز کردن لیزر نیاز دارند.

دستگاه تمیز کردن لیزر فیبر 3000W CW

رنگ نازک (ضخامت کمتر از یا مساوی با 40μm): بهتر است منبع نور لیزری را با سرعت جذب رنگ پایین تر انتخاب کرده و آن را از طریق لرزش حرارتی بردارید.
رنگ ضخیم: انتخاب یک منبع نور لیزر با میزان جذب رنگ بالاتر و حذف آن با استفاده از مکانیسم فرسایش لازم است.

سلب رنگ قرمز:
مکانیسم اصلی سلب برای رنگ قرمز مکانیسم لرزش است.

در طی فرآیند تمیز کردن ، انرژی لیزر به داخل بستر نفوذ می کند ، و تنش حرارتی ناشی از افزایش دما بستر باعث می شود که رنگ از بین برود و کل لایه رنگ را می توان از بین برد و رنگ باقیمانده روی سطح آلیاژ آلومینیوم یک مورفولوژی خالص و خالص را نشان می دهد.

حذف رنگ آبی:
تحت همان ورودی انرژی لیزر ، دمای رنگ آبی از رنگ قرمز بالاتر است ، اما استرس حرارتی بستر پایین تر از رنگ قرمز است. هنگامی که دمای رنگ به نقطه جوش می رسد ، رنگ با تبخیر برداشته می شود و مکانیسم های همراه مانند ترک خوردگی لایه ، سوزش و شوک پلاسما نیز وجود دارد.

اثر تمیز کردن لیزر و مکانیسم رنگ بر روی سطح اتومبیل آلیاژ آلومینیومی ریلی با سرعت بالا: الف) مورفولوژی سطح آلیاژ آلومینیوم پس از تمیز کردن ب) مکانیسم اصلی تمیز کردن خشک لیزر از رنگ آبی/قرمز بر روی سطح آلیاژ آلومینیوم.
 

5. کشتی ها: زنگ زدگی روی سطح بدنه کشتی های با استحکام بالا
 

تمیز کردن زنگ زدگی خشک
در فرآیند تمیز کردن خشک شدن زنگ خشک برای بدنه های کشتی فولادی با استحکام بالا ، مکانیسم اصلی حذف تبخیر فیلم اکسید به دلیل جذب انرژی است. هنگامی که اکسیدهای سطح تبخیر و تبخیر می شوند ، یک نیروی واکنش رو به پایین ایجاد می شود که به از بین بردن فیلم های اکسید ضخیم تر کمک می کند.

حذف زنگ زدگی لیزر با کمک فیلم
مکانیسم اصلی حذف زنگ زدگی لیزر با کمک فیلم مایع ، انفجار فاز است که توسط قطرات جذب انرژی ایجاد می شود و یک نیروی ضربه برای از بین بردن لایه زنگ زدگی ایجاد می کند.

اثر جوش انفجاری فیلم مایع ، تأثیر مکانیسم انفجار فاز را در حذف زنگ زدگی تقویت می کند و باعث می شود بهتر فیلم های اکسید سطح را حذف کند ، اما در از بین بردن اکسیدهای دفن شده عمیق تر مؤثر نیست.

مکانیسم های مختلف حذف لایه زنگ زدگی بر جریان فلز مذاب روی سطح تأثیر می گذارد. رانش جانبی ناشی از انفجار فاز می تواند جریان لایه مذاب را تقویت کند و سطح آن را نرم تر کند ، در حالی که بخار اکسید تولید شده توسط مکانیسم تبخیر می تواند بر پر شدن چاله ها توسط فلز مایع تأثیر بگذارد.

تمیز کردن لیزر زنگ زدگی روی سطح پوسته های کشتی با استحکام بالا: الف) مورفولوژی سطح فولاد با استحکام بالا پس از تمیز کردن ب) مکانیسم های اصلی تمیز کردن خشک/مرطوب لیزر زنگ زدگی روی سطح پوسته های کشتی با استحکام بالا.

6. اقیانوس: میکروارگانیسم های دریایی روی سطوح آلیاژ آلومینیوم

پارامترهای لیزر و اثر تمیز کردن:

لیزرهایی با عرض پالس باریک و قدرت اوج بالا تأثیر تمیزکاری بهتری بر میکروارگانیسم های دریایی بر روی سطوح آلیاژ آلومینیوم دارند.

مکانیسم حذف میکروارگانیسم:
مکانیسم های حذف لیزر برای لایه های پلیمری خارج سلولی (EPS) و بستر بارنکل به ترتیب تبخیر فرسایش و سلب موج شوک هستند. در طی فرآیند جذب مولتیپوتون ، زنجیرهای منفرد ماکرومولکول های میکروبی شکسته می شوند و برای تولید تعداد زیادی اتم تجزیه می شوند. پس از یونیزاسیون ، تحت عمل ترکیبی از شوک پلاسما و مکانیسم های فرسایش ، میکروارگانیسم های دریایی بهتر می توانند حذف شوند.

برای مواد ارگانیک مانند رنگ و میکروارگانیسم های دریایی ، در تراکم انرژی کم لیزر ، واکنشهای فتوشیمیایی باعث شکسته شدن پیوندهای شیمیایی آنها می شوند ، به عنوان خراب شدن ، تغییر رنگ ، از بین رفتن فعالیت و غیره تجلی می یابد ، با افزایش چگالی انرژی ، پدیده هایی مانند فرسایش ، تبخیر ، شعله ور شدن و پلاسما شوک رخ می دهد.

برای مواد معدنی مانند فیلم های اکسید و زنگ زدگی ، هیچ تغییری در تراکم انرژی کم مشاهده نمی شود و پس از افزایش انرژی ، فرسایش و تبخیر رخ می دهد.

اثر تمیز کردن لیزر و مکانیسم میکروارگانیسم های دریایی بر روی سطوح آلیاژ آلومینیوم.

7. تمیز کردن لیزر از یادگارهای فرهنگی
 

پاک کننده های لیزر پالس کاربردهای مهمی در حفاظت از یادگار فرهنگی دارند و نیازهای تمیز کردن غیر مخرب و با دقت بالا از یادگارهای فرهنگی مانند سنگ ، کاغذ و مصنوعات فلزی را برآورده می کنند.

200W پاک ​​کننده لیزر قابل حمل پالس قابل حمل

کاربردهای معمولی تمیز کردن لیزر پالس در یادگارهای فرهنگی:

مصنوعات سنگی:

الف) مجسمه ادیسه سنگ مرمر باستانی: A1) قبل از تمیز کردن A2) پس از تمیز کردن

ب) سنگ مرمر رومی: B1) قبل از تمیز کردن B2) پس از تمیز کردن

ج) مجسمه های امداد معبد آکروپولیس پارتنون یونانی

آثار باستانی:
د) نقاشی روغن قرن پانزدهم "مسیح قبل از پیلاتس": D1) قبل از تمیز کردن D2) پس از تمیز کردن

ه) نقاشی روغن مدرن قرن نوزدهم "صحنه شکار": E1) قبل از تمیز کردن E2) پس از تمیز کردن
 

مصنوعات فلزی:
ج) مجسمه برنز دانشگاه ایلینویز: F1) قبل از تمیز کردن F2) پس از تمیز کردن

g) تفنگ شکار نقره: G1) قبل از تمیز کردن G2) پس از تمیز کردن

ح) نوار طلای نظامی قرن نوزدهم: H1) قبل از تمیز کردن H2) H3 کاملاً تمیز) بیش از حد تمیز

سایر آثار باستانی:
i) قاب چوبی طلایی قرن نوزدهم: i1) قبل از تمیز کردن i2) پس از تمیز کردن

ج) Mat Rattan Rattan قرن نوزدهم: J1) قبل از تمیز کردن J2) پس از تمیز کردن

k) کشتی شیشه ای مصر باستان: K1) قبل از تمیز کردن K2) پس از تمیز کردن