Nos últimos anos, a limpeza a laser tornou-se um dos focos de pesquisa na área de manufatura industrial, a pesquisa abrange o processo, a teoria, os equipamentos e as aplicações. Em aplicações industriais, a tecnologia de limpeza a laser tem sido capaz de limpar de forma confiável um grande número de diferentes superfícies de substrato, limpando objetos incluindo aço, alumínio, titânio, vidro e materiais compósitos, etc., indústrias de aplicação que abrangem aeroespacial, aviação, transporte marítimo, alta velocidade ferroviário, automotivo, molde, energia nuclear e marítimo e outros campos.
A tecnologia de limpeza a laser, que remonta à década de 1960, tem como vantagens um bom efeito de limpeza, ampla gama de aplicações, alta precisão, sem contato e acessibilidade. Na fabricação industrial, produção e manutenção e outros campos têm uma ampla gama de perspectivas de aplicação, espera-se que substitua parcial ou completamente os métodos tradicionais de limpeza e se torne a tecnologia de limpeza verde mais promissora no século XXI.
Método de limpeza a laser
O processo de limpeza a laser é muito complexo, envolvendo uma variedade de mecanismos de remoção de material. Para um método de limpeza a laser, o processo de limpeza pode existir ao mesmo tempo uma variedade de mecanismos, que é principalmente atribuível à interação entre o laser e o material, incluindo a ablação da superfície do material, decomposição, ionização, degradação, derretimento, combustão, vaporização, vibração, pulverização catódica, expansão, encolhimento, explosão, descascamento, derramamento e outras alterações físicas e químicas. processo.
Atualmente, os métodos típicos de limpeza a laser são principalmente três: limpeza por ablação a laser, limpeza a laser assistida por filme líquido e métodos de limpeza por ondas de choque a laser.
Método de limpeza por ablação a laser
Os principais mecanismos metodológicos são expansão térmica, vaporização, ablação e explosão de fase. O laser atua diretamente sobre o material a ser removido da superfície do substrato e as condições ambientais podem ser ar, gás rarefeito ou vácuo. As condições operacionais são simples e mais amplamente utilizadas para remover uma variedade de revestimentos, tintas, partículas ou sujeira. O diagrama abaixo mostra o diagrama do processo para o método de limpeza por ablação a laser.
Quando a irradiação do laser na superfície do material, o substrato e os materiais de limpeza sofrem a primeira expansão térmica. Com o aumento do tempo de interação do laser com o material de limpeza, se a temperatura for inferior ao limite de cavitação do material de limpeza, o material de limpeza apenas muda o processo físico, a diferença entre o material de limpeza e o coeficiente de expansão térmica do substrato leva à pressão na interface , o material de limpeza empena, rasgando da superfície do substrato, rachaduras, fratura mecânica, esmagamento por vibração, etc., o material de limpeza é removido por jato ou despojado da superfície do substrato.
Se a temperatura for superior à temperatura limite de gaseificação do material de limpeza, haverá duas situações: 1) o limite de ablação do material de limpeza é menor que o do substrato; 2) o limiar de ablação do material de limpeza é maior que o do substrato.
Esses dois casos de materiais de limpeza são fusão, cavitação e ablação e outras alterações físico-químicas, o mecanismo de limpeza é mais complexo, além dos efeitos térmicos, mas também pode incluir materiais de limpeza e substratos entre a quebra da ligação molecular, decomposição ou degradação de materiais de limpeza, fase explosão, limpeza de materiais, gaseificação, ionização instantânea, geração de plasma.
(1)Limpeza a laser assistida por filme líquido
O mecanismo do método possui principalmente vaporização e vibração de ebulição do filme líquido, etc. O aproveitamento da necessidade de escolha do comprimento de onda do laser adequado, de forma a compensar a falta de pressão de impacto no processo de limpeza por ablação a laser, pode ser utilizado para remover alguns dos mais difíceis de remover o objeto de limpeza.
Conforme mostrado na figura abaixo, o filme líquido (água, etanol ou outros líquidos) pré-cobre a superfície do objeto de limpeza e, em seguida, utiliza o laser para irradiá-lo. O filme líquido absorve a energia do laser, resultando em uma forte explosão de mídia líquida, a explosão do movimento de alta velocidade do líquido em ebulição, a transferência de energia para os materiais de limpeza de superfície, alta força explosiva transitória é suficiente para remover a sujeira da superfície para alcançar fins de limpeza.
O método de limpeza a laser assistido por filme líquido tem duas desvantagens.
Processo complicado e difícil de controlar o processo.
Devido ao uso de filme líquido, a composição química da superfície do substrato após a limpeza é fácil de alterar e gerar novas substâncias.
(1)Método de limpeza tipo onda de choque a laser
A abordagem e o mecanismo do processo são muito diferentes dos dois primeiros, o mecanismo é principalmente a remoção da força das ondas de choque, os objetos de limpeza são principalmente partículas, principalmente para a remoção de partículas (submícron ou nanoescala). Os requisitos do processo são muito rigorosos, tanto para garantir a capacidade de ionizar o ar, mas também para manter uma distância adequada entre o laser e o substrato para garantir que a ação da força de impacto sobre as partículas seja grande o suficiente.
O diagrama esquemático do processo de limpeza por ondas de choque a laser é mostrado abaixo, o laser é paralelo à direção da superfície do substrato e o substrato não entra em contato. Mova a peça de trabalho ou a cabeça do laser para ajustar o foco do laser para a partícula próxima à saída do laser, o ponto focal do fenômeno de ionização do ar ocorrerá, resultando em ondas de choque, ondas de choque para a rápida expansão da expansão esférica e estendidas para entrar em contato com as partículas. Quando o momento da componente transversal da onda de choque sobre a partícula for maior que o momento da componente longitudinal e a força de adesão da partícula, a partícula será removida por rolamento.
Tecnologia de limpeza a laser
O mecanismo de limpeza a laser baseia-se principalmente na superfície do objeto após a absorção da energia do laser, ou vaporização e volatilização, ou expansão térmica instantânea para superar a adsorção de partículas na superfície, de modo que o objeto da superfície, e então alcançar o finalidade da limpeza.
Resumido aproximadamente como: 1. decomposição de vapor de laser, 2. decapagem a laser, 3. expansão térmica de partículas de sujeira, 4. vibração da superfície do substrato e vibração de partículas quatro aspectos
Comparada com o processo de limpeza tradicional, a tecnologia de limpeza a laser possui as seguintes características.
1. É uma limpeza "a seco", sem solução de limpeza ou outras soluções químicas, e a limpeza é muito superior ao processo de limpeza química.
2. O escopo da remoção de sujeira e a faixa de substrato aplicável são muito amplos e
3. Através da regulação dos parâmetros do processo a laser, não é possível danificar a superfície do substrato com base na remoção eficaz de contaminantes, a superfície está como nova.
4. A limpeza a laser pode ser facilmente automatizada.
5. O equipamento de descontaminação a laser pode ser usado por um longo tempo e com baixos custos operacionais.
6. A tecnologia de limpeza a laser é: verde: processo de limpeza, elimina resíduos é um pó sólido, tamanho pequeno, fácil de armazenar, basicamente não polui o meio ambiente.
Na década de 1980, o rápido desenvolvimento da indústria de semicondutores na superfície das partículas de contaminação da máscara de wafer de silício da tecnologia de limpeza apresentou requisitos mais elevados, o ponto chave é superar a contaminação de micropartículas e do substrato entre a grande força de adsorção , os métodos tradicionais de limpeza química, limpeza mecânica e limpeza ultrassônica são incapazes de atender à demanda, e a limpeza a laser pode resolver esses problemas de poluição, pesquisas e aplicações relacionadas foram rapidamente desenvolvidas.
Em 1987, surgiu o primeiro pedido de patente sobre limpeza a laser. Na década de 1990, Zapka aplicou com sucesso a tecnologia de limpeza a laser ao processo de fabricação de semicondutores para remover micropartículas da superfície da máscara, realizando a aplicação inicial da tecnologia de limpeza a laser no campo industrial. 1995, os pesquisadores usaram um laser TEA-CO2 de 2 kW para conseguir com sucesso a limpeza da remoção de tinta da fuselagem da aeronave.
Depois de entrar no século 21, com o desenvolvimento em alta velocidade de lasers de pulso ultracurto, a pesquisa nacional e estrangeira e a aplicação de tecnologia de limpeza a laser aumentaram gradualmente, com foco na superfície de materiais metálicos, aplicações estrangeiras típicas são remoção de tinta de fuselagem de aeronaves, mofo desengorduramento de superfícies, remoção de carbono interno do motor e limpeza de superfícies de juntas antes da soldagem. Limpeza a laser do US Edison Welding Institute do avião de guerra FG16, quando a potência do laser de 1 kW, o volume de limpeza de 2,36 cm3 por minuto.
Vale ressaltar que a pesquisa e aplicação de remoção de tinta a laser de peças compostas avançadas também é um grande ponto quente. As pás das hélices dos helicópteros HG53 e HG56 da Marinha dos EUA e a cauda plana do caça F16 e outras superfícies compostas foram realizadas em aplicações de remoção de tinta a laser, enquanto os materiais compósitos da China em aplicações de aeronaves estão atrasados, então essa pesquisa está basicamente em branco.
Além disso, o uso da tecnologia de limpeza a laser para o tratamento de superfície do compósito CFRP da junta antes da colagem para melhorar a resistência da junta também é um dos focos de pesquisa atuais. adaptar a empresa de laser à linha de produção de automóveis Audi TT para fornecer equipamentos de limpeza a laser de fibra para limpar a superfície do filme de óxido da moldura da porta em liga de alumínio leve. A Rolls G Royce UK usou limpeza a laser para limpar a película de óxido na superfície de componentes de motores aeronáuticos de titânio.
A tecnologia de limpeza a laser desenvolveu-se rapidamente nos últimos dois anos, sejam os parâmetros do processo de limpeza a laser e o mecanismo de limpeza, a pesquisa de objetos de limpeza ou a aplicação de pesquisas que fizeram grandes progressos. Tecnologia de limpeza a laser após muita pesquisa teórica, o foco de sua pesquisa está constantemente voltado para a aplicação de pesquisas e na aplicação de resultados promissores. No futuro, a tecnologia de limpeza a laser na proteção de relíquias culturais e obras de arte será mais amplamente utilizada e seu mercado será muito amplo. Com o desenvolvimento da ciência e da tecnologia, a aplicação da tecnologia de limpeza a laser na indústria está se tornando uma realidade e o escopo de aplicação está se tornando cada vez mais extenso.
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Horário da postagem: 14 de novembro de 2022
