تطوير ومبدأ التنظيف بالليزر
تشمل طرق التنظيف الصناعية التقليدية بشكل أساسي الماء عالي الضغط ، والكاشف الكيميائي ، والطحن بالموجات فوق الصوتية والميكانيكية ، ولكن طرق التنظيف هذه تواجه مشاكل إتلاف الركيزة ، وبيئة العمل السيئة ، والتلوث ، والتنظيف غير الكامل في بعض المواضع ، وارتفاع تكلفة التنظيف.مع تفاقم التلوث البيئي ، يعمل العلماء في جميع أنحاء العالم بنشاط على تطوير تقنيات تنظيف جديدة مع الحفاظ على الطاقة وحماية البيئة والكفاءة العالية.نظرًا لأن تقنية التنظيف بالليزر لها العديد من المزايا ، مثل التلف المنخفض لمواد المصفوفة ، ودقة التنظيف العالية ، والانبعاثات الصفرية وعدم التلوث ، يتم تقييمها وتفضيلها بشكل تدريجي من قبل الأوساط الأكاديمية والصناعية.ليس هناك شك في أن تطبيق تقنية التنظيف بالليزر على تنظيف الأوساخ لأسطح المعدن له احتمالات واسعة جدًا.
تاريخ التطوير والوضع الحالي لتكنولوجيا التنظيف بالليزر
في الستينيات من القرن الماضي ، اقترح الفيزيائي الشهير Schawlow لأول مرة مفهوم التنظيف بالليزر ، ثم طبق التكنولوجيا لإصلاح وصيانة الكتب القديمة.نطاق إزالة التلوث من التنظيف بالليزر الأجنبي واسع جدًا ، من طبقة الصدأ السميكة إلى الجسيمات الدقيقة على سطح الكائن ، بما في ذلك تنظيف الآثار الثقافية والأعمال الفنية ، وإزالة الأوساخ المطاطية على سطح قالب الإطارات ، وإزالة السيليكون الملوثات الزيتية على سطح فيلم الذهب والتنظيف عالي الدقة لصناعة الإلكترونيات الدقيقة.في الصين ، بدأت تقنية التنظيف بالليزر بالفعل في عام 2004. بدأت الصين في استثمار الكثير من الموارد البشرية والمادية لتقوية البحث في تقنية التنظيف بالليزر.في السنوات العشر الأخيرة ، مع تطوير الليزر المتقدم ، من ليزر ثاني أكسيد الكربون غير الفعال والضخم إلى ليزر الألياف خفيف الوزن وصغير الحجم ؛من الليزر الناتج المستمر إلى الليزر النبضي قصير النانو ثانية وبيكوثانية وفيمتوثانية ؛من ناتج الضوء المرئي إلى ضوء الأشعة تحت الحمراء طويل الموجة وخرج الضوء فوق البنفسجي قصير الموجة ... حقق الليزر قفزة في إنتاج الطاقة ونطاق الطول الموجي وجودة الليزر وكفاءة تحويل الطاقة.يعزز تطوير الليزر بشكل طبيعي التطور السريع لتقنية التنظيف بالليزر.حققت تقنية التنظيف بالليزر نتائج مثمرة من الناحية النظرية والتطبيق.
مبدأ تقنية التنظيف بالليزر
تعتمد عملية التنظيف بالليزر النبضي على خصائص النبض البصري الناتج عن الليزر ، وتستند إلى التفاعل الضوئي الفيزيائي الناتج عن التفاعل بين الشعاع عالي الكثافة والليزر النبضي القصير وطبقة التلوث.يمكن تلخيص مبدأها المادي على النحو التالي:
أ) يتم امتصاص الشعاع المنبعث من الليزر بواسطة طبقة التلوث الموجودة على السطح المراد معالجته ؛
ب) امتصاص الطاقة الكبيرة يشكل بلازما سريعة التوسع (غاز غير مستقر شديد التأين) وينتج موجات صدمة ؛
ج) موجة الصدمة تحول الملوثات إلى شظايا وتتم إزالتها ؛
د) يجب أن يكون عرض نبضة الضوء قصيرًا بدرجة كافية لتجنب تراكم الحرارة الذي يدمر السطح المعالج ؛
ه) تظهر التجارب أنه عند وجود أكاسيد على سطح المعدن ، تحدث البلازما على سطح المعدن.
يتم إنشاء البلازما فقط عندما تكون كثافة الطاقة أعلى من الحد الأدنى ، والذي يعتمد على الطبقة الملوثة أو طبقة الأكسيد التي تمت إزالتها.يعد تأثير الحد هذا مهمًا جدًا للتنظيف الفعال مع ضمان سلامة مادة الركيزة.هناك عتبة ثانية لظهور البلازما.إذا تجاوزت كثافة الطاقة هذه العتبة ، فسيتم تدمير المادة الأساسية.من أجل تنظيف مادة الركيزة بشكل فعال على أساس ضمان سلامة مادة الركيزة ، يجب ضبط معلمات الليزر وفقًا للحالة ، بحيث تكون كثافة طاقة النبض البصري بين العتبتين بشكل صارم.
مزايا التنظيف بالليزر
بالمقارنة مع طرق التنظيف التقليدية مثل التنظيف بالاحتكاك الميكانيكي ، وتنظيف التآكل الكيميائي ، والتنظيف السائل الصلب القوي ، والتنظيف بالموجات فوق الصوتية عالي التردد ، فإن التنظيف بالليزر له خمس مزايا واضحة:
- مزايا حماية البيئة: التنظيف بالليزر هو طريقة تنظيف "خضراء".لا يحتاج إلى استخدام أي عامل كيميائي أو محلول تنظيف.النفايات التي يتم تنظيفها عبارة عن مسحوق صلب ، حجم صغير ، سهل التخزين ، قابل لإعادة التدوير ، لا يوجد تفاعل كيميائي ضوئي ولا تلوث.
- ميزة التأثير: غالبًا ما تكون طريقة التنظيف التقليدية هي التنظيف بالملامسة ، والذي له قوة ميكانيكية على سطح الجسم الذي تم تنظيفه ، أو يتلف سطح الكائن أو يتم ربط وسيط التنظيف بسطح الشيء الذي تم تنظيفه ، والذي لا يمكن إزالته وينتج عنه تلوث ثانوي .لن يؤدي التأثير غير الناجم عن الطحن وعدم الاتصال والتأثير الحراري للتنظيف بالليزر إلى إتلاف الركيزة ، بحيث يمكن حل هذه المشكلات.
- ميزة التحكم: يمكن أن ينتقل الليزر من خلال الألياف الضوئية ويتعاون مع المناور والروبوت لتحقيق التشغيل عن بعد بسهولة.يمكنه تنظيف الأجزاء التي يصعب الوصول إليها بالطرق التقليدية ، والتي يمكن أن تضمن سلامة الأفراد في بعض الأماكن الخطرة.
- ميزة الراحة:يمكن أن يزيل التنظيف بالليزر أنواعًا مختلفة من الملوثات على أسطح المواد المختلفة ويحقق نظافة لا يمكن أن يحققها التنظيف التقليدي.يمكنه أيضًا تنظيف الملوثات بشكل انتقائي على سطح المواد دون الإضرار بسطح المواد.
- ميزة التكلفة:التنظيف بالليزر سريع وفعال ويوفر الوقت ؛في هذه المرحلة ، على الرغم من أن الاستثمار لمرة واحدة في شراء نظام التنظيف بالليزر مرتفع في المرحلة المبكرة ، يمكن استخدام نظام التنظيف بثبات لفترة طويلة وبتكلفة تشغيل منخفضة.والأهم من ذلك ، يمكن أن يحقق التشغيل التلقائي بسهولة.يمكن توقع انخفاض تكلفة نظام التنظيف بالليزر بشكل كبير في المستقبل ، وذلك لتقليل تكلفة استخدام تقنية التنظيف بالليزر.
يمكن تقسيم طرق التنظيف بالليزر إلى الفئات الثلاث التالية:
1. التنظيف الجاف بالليزر
يستخدم إشعاع الليزر للتطهير المباشر.بعد أن تمتص الأجسام أو جزيئات الأوساخ الليزر ، فإنه ينتج اهتزازًا ، وذلك لفصل المصفوفة والملوثات.هناك طريقتان رئيسيتان لإزالة جزيئات الأوساخ في التنظيف الجاف بالليزر: الأولى هي التمدد الحراري الفوري لسطح الركيزة ، مما يؤدي إلى الاهتزاز ، بحيث يمكن إزالة الجزيئات الممتصة على السطح.والآخر هو أن الجسيمات تترك سطح الركيزة بسبب التمدد الحراري للجسيمات نفسها.
2. التنظيف الرطب بالليزر
التنظيف الرطب بالليزر هو تغطية طبقة من الطبقة السائلة المتوسطة بالتساوي على سطح الركيزة المراد تنظيفها ، ثم إزالة البقع بإشعاع الليزر.وفقًا لامتصاص الليزر بواسطة طبقة العزل الكهربائي والركيزة ، يمكن تقسيم التنظيف الرطب إلى امتصاص قوي للركيزة ، وامتصاص قوي لفيلم عازل كهربائي وامتصاص مشترك لطبقة عازلة للكهرباء.أثناء الامتصاص القوي للمصفوفة ، بعد أن تمتص المصفوفة طاقة الليزر ، تنتقل الحرارة إلى الفيلم الوسيط السائل ، وتسخن الطبقة السائلة عند السطح البيني بين المصفوفة والسائل وتغلي ، وتتم إزالة الطبقة السائلة والبقع معًا.
3. الليزر + تنظيف الغاز الخامل
في نفس وقت إشعاع الليزر ، يتم نفخ الغاز الخامل على سطح قطعة العمل.عندما يتم تجريد الملوثات من السطح ، يتم نفخها بعيدًا عن السطح بواسطة الغاز لتجنب التلوث وأكسدة السطح النظيف.
مجالات تطبيق التنظيف بالليزر
مع تطور تقنية التنظيف بالليزر ، أصبحت تقنية التنظيف بالليزر شائعة في العديد من الصناعات في التطبيقات الصناعية ، كما هو موضح أدناه:
- المجال الإلكتروني الدقيق: مكونات أشباه الموصلات ، الأجهزة الإلكترونية الدقيقة ، قوالب الذاكرة ، إلخ ؛
- مجال حماية الآثار الثقافية: المنحوتات الحجرية والبرونز والزجاج واللوحات الزيتية والجداريات ؛
- التنظيف الكاشطة: قالب مطاطي ، قالب مركب ، قالب معدني ، إلخ ؛
- المعالجة السطحية: المعالجة المائية ، تخشين السطح ، معالجة اللحام قبل وبعد اللحام ، إلخ ؛
- إزالة الطلاء والصدأ: الطائرات والسفن والأسلحة والمعدات والجسور وأوعية الضغط المعدنية وخطوط الأنابيب المعدنية ، إلخ ؛أجزاء الطائرات وأجزاء المنتجات الكهربائية وما إلى ذلك ؛
- أخرى: الكتابة على الجدران الحضرية ، بكرة الطباعة ، بناء الجدار الخارجي ، الصناعة النووية ، إلخ.
سيصبح التنظيف بالليزر هو الاتجاه العام لتطوير سوق التنظيف.على الرغم من أن التنظيف بالليزر في الوقت الحالي لا يمكن أن يحل محل تقنية التنظيف التقليدية تمامًا ، مع تقدم العلم والتكنولوجيا وتحسين متطلبات حماية البيئة ، سيصبح التنظيف بالليزر هو الاتجاه العام لتطوير سوق التنظيف العالمي.من خلال تطوير أنظمة ومعدات تنظيف بالليزر جديدة وتحسين عملية التنظيف ، وتحسين كفاءة التنظيف ، وتقليل تكلفة التنظيف ، وتقليل تلف السطح المراد تنظيفه ، وتحقيق عملية التنظيف الخضراء والفعالة والتلقائية للسطح المعدني يجب أن تكون هي الأساس الطلب في السوق المستقبلي.هي مؤسسة تعمل في مجال البحث والتطوير والإنتاج والمبيعات لآلات التنظيف بالليزر.في الوقت الحاضر ، تم استخدام آلات التنظيف بالليزر النبضي 100W-2000W التي أطلقتها Herolaser في مجال التنظيف بالليزر على نطاق واسع في مجالات معالجة الأسطح وتنظيف القوالب وإزالة الطلاء والصدأ وتصنيع الأجهزة الأخرى والسيارات والسكك الحديدية.