Високото производство и зачувувањето на енергијата и намалувањето на емисиите имаат сè поитна потреба од напредни процеси.Во однос на индустриската површинска обработка, постои итна потреба од сеопфатна надградба на технологијата и процесите.Традиционалните индустриски процеси на чистење, како што се чистење со механичко триење, чистење со хемиска корозија, чистење со силен удар, високофреквентно ултразвучно чистење, не само што имаат долги циклуси на чистење, туку тешко се автоматизираат, имаат штетни ефекти врз животната средина и не успеваат да го постигнат саканиот ефект на чистење.Не може добро да ги задоволи потребите за фина обработка.
Прецизни ласерски машини за чистење: нарушувачи во индустриското чистење
Меѓутоа, со сè поизразените противречности помеѓу заштитата на животната средина, високата ефикасност и високата прецизност, традиционалните индустриски методи за чистење се многу предизвикани.Во исто време, се појавија различни технологии за чистење кои се погодни за заштита на животната средина и погодни за делови од областа на ултра завршна обработка, а технологијата за ласерско чистење е една од нив.
Концепт за ласерско чистење
Ласерското чистење е технологија која користи фокусиран ласер за да дејствува на површината на материјалот за брзо испарување или отстранување на загадувачите на површината, за да се исчисти површината на материјалот.Во споредба со различни традиционални физичко или хемиски методи за чистење, ласерското чистење нема карактеристики на никаков контакт, без потрошен материјал, без загадување, висока прецизност, без оштетувања или мали оштетувања и е идеален избор за новата генерација на технологија за индустриско чистење.
Принцип на работа на машината за ласерско чистење
Принципот на машината за ласерско чистење е покомплициран и може да вклучува и физички и хемиски процеси.Во многу случаи, физичките процеси се главниот процес, придружен со некои хемиски реакции.Главните процеси може да се класифицираат во три категории, вклучувајќи процес на гасификација, процес на удар и процес на осцилација.
Процес на гасификација
Кога високоенергетскиот ласер се зрачи на површината на материјалот, површината ја апсорбира ласерската енергија и ја претвора во внатрешна енергија, така што температурата на површината брзо се зголемува и достигнува над температурата на испарување на материјалот, така што загадувачите се одвоени од површината на материјалот во форма на пареа.Селективното испарување обично се случува кога стапката на апсорпција на ласерската светлина од површинските загадувачи е значително повисока од онаа на подлогата.Типичен случај на примена е чистење од нечистотија на камени површини.Како што е прикажано на сликата подолу, загадувачите на површината на каменот имаат силна апсорпција на ласерот и брзо се испаруваат.Кога загадувачите се отстрануваат и ласерот се зрачи на површината на каменот, апсорпцијата е слаба, повеќе ласерска енергија се расфрла преку површината на каменот, температурната промена на површината на каменот е мала, а површината на каменот е заштитена од оштетување.
Типичен процес базиран на хемикалии се случува кога ласер во ултравиолетова лента се користи за чистење на органски загадувачи, што се нарекува ласерска аблација.Ултравиолетовите ласери имаат кратки бранови должини и висока фотонска енергија.На пример, ексцимерните ласери KrF имаат бранова должина од 248 nm и енергија на фотонот висока до 5 eV, што е 40 пати повисока од CO2 ласерската фотонска енергија (0,12 eV).Таквата висока фотонска енергија е доволна за уништување на молекуларните врски на органската материја, така што CC, CH, CO итн. во органските загадувачи се прекинуваат по апсорпцијата на фотонската енергија на ласерот, што резултира со пиролиза гасификација и отстранување од површината.
Процес на шок
Процесот на удар е низа реакции кои се случуваат при интеракцијата помеѓу ласерот и материјалот, а потоа на површината на материјалот се формира ударен бран.Под дејство на ударниот бран, површинските загадувачи се разбиваат и стануваат прашина или остатоци кои се олупат од површината.Постојат многу механизми кои предизвикуваат ударни бранови, вклучувајќи плазма, пареа и брзо термичко проширување и контракција.Користејќи ги плазма ударните бранови како пример, можно е накратко да се разбере како процесот на удар при ласерско чистење ги отстранува површинските загадувачи.Со примена на ласери со ултра кратка ширина на импулсот (ns) и ултра висока максимална моќност (107–1010 W/cm2), температурата на површината сепак нагло ќе се зголеми дури и ако површината лесно го апсорбира ласерот, достигнувајќи ја температурата на испарување веднаш.Погоре, пареата се формира над површината на материјалот, како што е прикажано во (а) на следната слика.Температурата на пареата може да достигне 104 – 105 К, што може да ја јонизира самата пареа или околниот воздух за да формира плазма.Плазмата ќе го блокира ласерот да стигне до површината на материјалот, а испарувањето на површината на материјалот може да престане, но плазмата ќе продолжи да ја апсорбира ласерската енергија, а температурата ќе продолжи да расте, формирајќи локализирана состојба на ултра висока температура и висок притисок, што произведува моментални 1-100 kbar на површината на материјалот.Ударот постепено се пренесува во внатрешноста на материјалот, како што е прикажано на сликите (б) и (в) подолу.Под дејство на ударниот бран, површинските загадувачи се расцепуваат на ситна прашина, честички или фрагменти.Кога ласерот се оддалечува од положбата на зрачење, плазмата исчезнува и локално се создава негативен притисок, а честичките или остатоците од загадувачите се отстрануваат од површината, како што е прикажано на слика (г) подолу.
Процес на осцилација
Под дејство на кратки импулси, процесите на загревање и ладење на материјалот се исклучително брзи.Бидејќи различни материјали имаат различни коефициенти на термичка експанзија, под зрачење на ласер со краток импулс, површинските загадувачи и подлогата ќе бидат подложени на високофреквентна термичка експанзија и контракција од различни степени, што резултира со осцилација, предизвикувајќи загадувачите да се олупат од површината на материјалот.За време на овој процес на ексфолијација, може да не дојде до испарување на материјалот и да не се генерира плазма.Наместо тоа, силата на смолкнување формирана на интерфејсот на загадувачот и подлогата под дејство на осцилација ја уништува врската помеѓу загадувачот и подлогата..Истражувањата покажаа дека кога аголот на упад на ласерот е малку зголемен, контактот помеѓу ласерот и контаминацијата на честичките и интерфејсот на подлогата може да се зголеми, прагот на ласерско чистење може да се намали, ефектот на осцилација е поочигледен и ефикасноста на чистењето е поголема.Сепак, аголот на упад не треба да биде преголем.Премногу голем агол на упад ќе ја намали енергетската густина што делува на површината на материјалот и ќе ја ослабне способноста за чистење на ласерот.
Индустриски апликации на ласерски средства за чистење
Мувла индустрија
Ласерскиот чистач може да го реализира бесконтактното чистење на мувлата, што е многу безбедно за површината на мувлата, може да ја обезбеди неговата точност и може да ги исчисти честичките од нечистотија под микрофон кои не можат да се отстранат со традиционални методи за чистење, така што за да постигнете чистење навистина без загадување, ефикасно и висококвалитетно чистење.
Индустрија за прецизни инструменти
Индустријата за прецизни машини честопати треба да ги отстрани естерите и минералните масла што се користат за подмачкување и отпорност на корозија од делови, обично хемиски, а хемиското чистење често остава остатоци.Ласерската дестерификација може целосно да ги отстрани естерите и минералните масла без да ја оштети површината на деловите.Ласерот ја промовира експлозивната гасификација на тенок оксиден слој на површината на делот за да формира ударен бран, што резултира со отстранување на загадувачите наместо механичка интеракција.
Железничка индустрија
Во моментов, целото чистење на шините пред заварување го прифаќа чистењето од типот на брусење на тркалото и абразивниот ремен, што предизвикува сериозно оштетување на подлогата и сериозен преостанат стрес, и троши многу потрошен материјал на тркалото за мелење секоја година, што е скапо и предизвикува сериозни загадување на животната средина од прашина.Ласерското чистење може да обезбеди висококвалитетна и ефикасна технологија за зелено чистење за производството на поставување железнички пруги со голема брзина во мојата земја, да ги реши горенаведените проблеми, да ги елиминира дефектите при заварување како што се нешевните дупки на шините и сивите дамки и да ја подобри стабилноста и безбедноста на високото ниво на мојата земја -брзинска железница работа.
Воздухопловна индустрија
Површината на авионот треба да се пребојосува по одреден временски период, но оригиналната стара боја треба целосно да се отстрани пред да се бојадиса.Хемиското натопување/бришење е главниот метод за бришење боја во полето на воздухопловството.Овој метод резултира со големо количество хемиски помошен отпад и невозможно е да се постигне локално одржување и бришење на бојата.Овој процес е тежок и штетен по здравјето.Ласерското чистење овозможува висококвалитетно отстранување на бојата на површините на кожата на авионот и лесно се автоматизира за производство.Во моментов, технологијата за ласерско чистење е применета за одржување на некои модели од високата класа.
Бродската индустрија
Во моментов, пред-производственото чистење на бродовите главно го усвојува методот на песок минирање.Методот на минирање со песок предизвика сериозно загадување со прашина на околината и постепено беше забранет, што резултираше со намалување или дури и суспендирање на производството од страна на производителите на бродови.Технологијата за ласерско чистење ќе обезбеди зелено и без загадување раствор за чистење за антикорозивно прскање на површините на бродот.
Вооружување
Технологијата за ласерско чистење е широко користена во одржувањето на оружјето.Системот за ласерско чистење може ефикасно и брзо да ја отстрани 'рѓата и загадувачите и може да го избере делот за чистење за да ја реализира автоматизацијата на чистењето.Со користење на ласерско чистење, не само што чистотата е повисока од процесот на хемиско чистење, туку и речиси нема никакво оштетување на површината на предметот.Со поставување на различни параметри, машината за ласерско чистење може да формира и густа оксидна заштитна фолија или слој за топење на метал на површината на металните предмети за да се подобри јачината на површината и отпорноста на корозија.Отпадот што го отстранува ласерот во основа не ја загадува животната средина, а може да се ракува и на долги растојанија, што ефикасно ја намалува штетата по здравјето на операторот.
Надворешност на зградата
Се градат сè повеќе облакодери, а проблемот со чистењето на изградбата на надворешни ѕидови станува сè поизразен.Системот за ласерско чистење добро ги чисти надворешните ѕидови на зградите преку оптички влакна.Решението со максимална должина од 70 метри може ефикасно да исчисти разни загадувачи на разни камења, метали и стакло, а неговата ефикасност е многу поголема од онаа на обичното чистење.Може да отстрани и црни дамки и дамки од разни камења во зградите.Тестот за чистење на системот за ласерско чистење на зградите и камените споменици покажува дека ласерското чистење има добар ефект врз заштитата на изгледот на античките градби.
Индустрија за електроника
Електронската индустрија користи ласери за отстранување на оксидите: електронската индустрија бара високопрецизна деконтаминација, а ласерската деоксидација е особено погодна.Пиновите на компонентите мора темелно да се деоксидираат пред лемењето на плочата за да се обезбеди оптимален електричен контакт и игличките не смеат да се оштетат за време на процесот на деконтаминација.Ласерското чистење може да ги исполни барањата за употреба, а ефикасноста е многу висока, а за секоја игла е потребно само едно ласерско зрачење.
Нуклеарна централа
Системите за ласерско чистење се користат и при чистење на реакторските цевки во нуклеарните централи.Користи оптичко влакно за воведување на ласерски зрак со голема моќност во реакторот за директно отстранување на радиоактивната прашина, а исчистениот материјал лесно се чисти.И бидејќи се ракува од далечина, може да се гарантира безбедноста на персоналот.
Резиме
Денешната напредна производствена индустрија стана врвна височина на меѓународната конкуренција.Како напреден систем во ласерското производство, машината за ласерско чистење има голем потенцијал за примена во индустрискиот развој.Технологијата за ласерско чистење што енергично се развива има многу важно стратешко значење за економскиот и социјалниот развој.