Für die High-End-Fertigung sowie für Energieeinsparung und Emissionsreduzierung besteht ein immer dringenderer Bedarf an fortschrittlichen Prozessen. Im Hinblick auf die industrielle Oberflächenbehandlung besteht dringender Bedarf an einer umfassenden Modernisierung von Technologie und Prozessen. Herkömmliche industrielle Reinigungsverfahren wie mechanische Reibungsreinigung, chemische Korrosionsreinigung, starke Stoßreinigung und Hochfrequenz-Ultraschallreinigung haben nicht nur lange Reinigungszyklen, sondern sind auch schwer zu automatisieren, haben schädliche Auswirkungen auf die Umwelt und erreichen nicht die gewünschten Ergebnisse gewünschte Reinigungswirkung. Es kann die Anforderungen der Feinverarbeitung nicht gut erfüllen.
Präzisions-Laserreinigungsmaschinen: Disruptoren in der industriellen Reinigung
Angesichts der immer deutlicher werdenden Widersprüche zwischen Umweltschutz, hoher Effizienz und hoher Präzision stehen traditionelle industrielle Reinigungsmethoden jedoch vor großen Herausforderungen. Gleichzeitig sind verschiedene Reinigungstechnologien entstanden, die dem Umweltschutz förderlich sind und für Teile im Bereich der Ultraveredelung geeignet sind, darunter auch die Laserreinigungstechnologie.
Laserreinigungskonzept
Bei der Laserreinigung handelt es sich um eine Technologie, bei der ein fokussierter Laser auf die Oberfläche eines Materials einwirkt, um die Verunreinigungen auf der Oberfläche schnell zu verdampfen oder abzulösen und so die Oberfläche des Materials zu reinigen. Im Vergleich zu verschiedenen herkömmlichen physikalischen oder chemischen Reinigungsmethoden zeichnet sich die Laserreinigung durch keinen Kontakt, keine Verbrauchsmaterialien, keine Verschmutzung, hohe Präzision, keine Beschädigung oder geringe Beschädigung aus und ist eine ideale Wahl für eine neue Generation industrieller Reinigungstechnologie.
Funktionsprinzip der Laserreinigungsmaschine
Das Prinzip einer Laserreinigungsmaschine ist komplizierter und kann sowohl physikalische als auch chemische Prozesse umfassen. In vielen Fällen sind physikalische Prozesse der Hauptprozess, begleitet von einigen chemischen Reaktionen. Die Hauptprozesse können in drei Kategorien eingeteilt werden, darunter Vergasungsprozess, Schockprozess und Oszillationsprozess.
Vergasungsprozess
Wenn der hochenergetische Laser auf die Oberfläche des Materials strahlt, absorbiert die Oberfläche die Laserenergie und wandelt sie in innere Energie um, sodass die Oberflächentemperatur schnell ansteigt und über die Verdampfungstemperatur des Materials gelangt, sodass die Schadstoffe entfernt werden in Form von Dampf von der Materialoberfläche abgeschieden. Eine selektive Verdampfung tritt normalerweise auf, wenn die Absorptionsrate des Laserlichts durch Oberflächenverunreinigungen deutlich höher ist als die des Substrats. Ein typischer Anwendungsfall ist die Reinigung von Schmutz auf Steinoberflächen. Wie in der Abbildung unten dargestellt, absorbieren die Schadstoffe auf der Steinoberfläche den Laser stark und verdampfen schnell. Wenn die Schadstoffe entfernt werden und der Laser auf die Steinoberfläche gestrahlt wird, ist die Absorption schwach, mehr Laserenergie wird von der Steinoberfläche gestreut, die Temperaturänderung der Steinoberfläche ist gering und die Steinoberfläche ist vor Beschädigungen geschützt.
Ein typischer chemischer Prozess findet statt, wenn ein Laser im ultravioletten Band zur Reinigung organischer Verunreinigungen verwendet wird, was als Laserablation bezeichnet wird. Ultraviolette Laser haben kurze Wellenlängen und eine hohe Photonenenergie. Beispielsweise haben KrF-Excimerlaser eine Wellenlänge von 248 nm und eine Photonenenergie von bis zu 5 eV, was 40-mal höher ist als die Photonenenergie eines CO2-Lasers (0,12 eV). Eine solch hohe Photonenenergie reicht aus, um die molekularen Bindungen organischer Materie zu zerstören, sodass CC, CH, CO usw. in organischen Schadstoffen nach der Absorption der Photonenenergie des Lasers aufgebrochen werden, was zu einer Pyrolysevergasung und Entfernung von der Oberfläche führt.
Schockprozess
Beim Schockprozess handelt es sich um eine Reihe von Reaktionen, die während der Wechselwirkung zwischen dem Laser und dem Material auftreten und dann eine Stoßwelle auf der Oberfläche des Materials bilden. Unter der Wirkung der Stoßwelle werden die Oberflächenverunreinigungen aufgebrochen und zu Staub oder Ablagerungen, die von der Oberfläche abgelöst werden. Es gibt viele Mechanismen, die Stoßwellen verursachen, darunter Plasma, Dampf sowie schnelle thermische Ausdehnung und Kontraktion. Am Beispiel von Plasmaschockwellen lässt sich kurz nachvollziehen, wie der Schockprozess bei der Laserreinigung Oberflächenverunreinigungen entfernt. Bei der Anwendung von Lasern mit ultrakurzer Pulsbreite (ns) und ultrahoher Spitzenleistung (107–1010 W/cm2) steigt die Oberflächentemperatur immer noch stark an, selbst wenn die Oberfläche den Laser leicht absorbiert und sofort die Verdampfungstemperatur erreicht. Oben bildete sich der Dampf über der Oberfläche des Materials, wie in (a) in der folgenden Abbildung dargestellt. Die Temperatur des Dampfes kann 104 – 105 K erreichen, wodurch der Dampf selbst oder die umgebende Luft ionisiert werden kann, um ein Plasma zu bilden. Das Plasma verhindert, dass der Laser die Oberfläche des Materials erreicht, und die Verdampfung der Materialoberfläche stoppt möglicherweise, aber das Plasma absorbiert weiterhin die Laserenergie und die Temperatur steigt weiter an, wodurch ein lokalisierter Zustand entsteht Ultrahohe Temperatur und hoher Druck erzeugen sofort einen Druck von 1–100 kbar auf der Oberfläche des Materials. Der Aufprall wird allmählich auf das Innere des Materials übertragen, wie in den Abbildungen (b) und (c) unten dargestellt. Unter der Wirkung der Stoßwelle werden die Oberflächenverunreinigungen in winzige Stäube, Partikel oder Fragmente zerlegt. Wenn der Laser von der Bestrahlungsposition wegbewegt wird, verschwindet das Plasma und es wird lokal ein Unterdruck erzeugt, und die Partikel oder Ablagerungen von Verunreinigungen werden von der Oberfläche entfernt, wie in Abbildung (d) unten dargestellt.
Oszillationsprozess
Unter der Einwirkung kurzer Impulse erfolgen die Erwärmungs- und Abkühlungsprozesse des Materials äußerst schnell. Da unterschiedliche Materialien unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, erfahren die Oberflächenverunreinigungen und das Substrat unter der Bestrahlung mit einem Kurzpulslaser eine hochfrequente Wärmeausdehnung und -kontraktion in unterschiedlichem Ausmaß, was zu Schwingungen führt, die dazu führen, dass sich die Verunreinigungen von der Oberfläche ablösen das Material. Während dieses Peeling-Prozesses darf es nicht zu einer Verdampfung des Materials kommen und es darf kein Plasma erzeugt werden. Stattdessen zerstört die Scherkraft, die an der Grenzfläche zwischen Schadstoff und Substrat unter der Wirkung der Schwingung entsteht, die Bindung zwischen Schadstoff und Substrat. . Studien haben gezeigt, dass bei geringfügiger Vergrößerung des Einfallswinkels des Lasers der Kontakt zwischen dem Laser und der Partikelverunreinigung und der Substratschnittstelle erhöht werden kann, die Schwelle der Laserreinigung verringert werden kann, der Oszillationseffekt offensichtlicher ist und die Die Reinigungseffizienz ist höher. Der Einfallswinkel sollte jedoch nicht zu groß sein. Ein zu großer Einfallswinkel verringert die auf die Materialoberfläche wirkende Energiedichte und schwächt die Reinigungsfähigkeit des Lasers.
Industrieanwendungen von Laserreinigern
Formenbau
Der Laserreiniger kann die berührungslose Reinigung der Form realisieren, was für die Oberfläche der Form sehr sicher ist, ihre Genauigkeit sicherstellen und die Schmutzpartikel im Submikronbereich reinigen kann, die mit herkömmlichen Reinigungsmethoden nicht entfernt werden können, so z um eine wirklich schadstofffreie, effiziente und qualitativ hochwertige Reinigung zu erreichen.
Präzisionsinstrumentenindustrie
In der Präzisionsmaschinenindustrie müssen Ester und Mineralöle, die zur Schmierung und Korrosionsbeständigkeit dienen, häufig chemisch von Teilen entfernt werden. Bei der chemischen Reinigung bleiben häufig Rückstände zurück. Durch die Laserentesterung können Ester und Mineralöle vollständig entfernt werden, ohne die Oberfläche der Teile zu beschädigen. Der Laser fördert die explosionsartige Vergasung der dünnen Oxidschicht auf der Oberfläche des Teils, wodurch eine Stoßwelle entsteht, die zur Entfernung von Verunreinigungen und nicht zu einer mechanischen Interaktion führt.
Bahnindustrie
Gegenwärtig erfolgt bei der Reinigung von Schienen vor dem Schweißen die Reinigung mit Schleifscheiben und Schleifbändern, was zu schweren Schäden am Untergrund und erheblichen Eigenspannungen führt und jedes Jahr viele Schleifscheiben-Verbrauchsmaterialien verbraucht, was kostspielig ist und schwerwiegende Folgen hat Staubbelastung der Umwelt. Die Laserreinigung kann hochwertige und effiziente umweltfreundliche Reinigungstechnologie für die Hochgeschwindigkeits-Eisenbahngleisverlegungsproduktion meines Landes bereitstellen, die oben genannten Probleme lösen, Schweißfehler wie nahtlose Schienenlöcher und graue Flecken beseitigen und die Stabilität und Sicherheit der Hochgeschwindigkeitsstrecken meines Landes verbessern -Schnellbahnbetrieb.
Luftfahrtindustrie
Die Oberfläche des Flugzeugs muss nach einer gewissen Zeit neu lackiert werden, allerdings muss vor dem Lackieren der ursprüngliche alte Lack vollständig entfernt werden. Chemisches Einweichen/Wischen ist die wichtigste Entlackungsmethode in der Luftfahrt. Bei dieser Methode fallen große Mengen chemischer Hilfsabfälle an und eine lokale Wartung und Entlackung ist nicht möglich. Dieser Vorgang ist arbeitsintensiv und gesundheitsschädlich. Die Laserreinigung ermöglicht eine qualitativ hochwertige Entfernung von Lack auf Flugzeughautoberflächen und lässt sich für die Produktion leicht automatisieren. Derzeit wird die Laserreinigungstechnologie bei der Wartung einiger High-End-Modelle eingesetzt.
Schiffsindustrie
Derzeit wird bei der Reinigung von Schiffen vor der Produktion hauptsächlich das Sandstrahlverfahren eingesetzt. Das Sandstrahlverfahren hat zu einer erheblichen Staubbelastung der Umwelt geführt und wurde nach und nach verboten, was zu einer Reduzierung oder sogar Einstellung der Produktion durch Schiffshersteller führte. Die Laserreinigungstechnologie wird eine umweltfreundliche und schadstofffreie Reinigungslösung für das Korrosionsschutzsprühen auf Schiffsoberflächen bieten.
Waffen
Die Laserreinigungstechnologie wird häufig in der Waffenwartung eingesetzt. Das Laserreinigungssystem kann Rost und Verunreinigungen effizient und schnell entfernen und den Reinigungsteil auswählen, um die Automatisierung der Reinigung zu realisieren. Bei der Laserreinigung ist nicht nur die Sauberkeit höher als bei der chemischen Reinigung, sondern auch die Oberfläche des Objekts wird nahezu nicht beschädigt. Durch die Einstellung verschiedener Parameter kann die Laserreinigungsmaschine auch einen dichten Oxidschutzfilm oder eine Metallschmelzschicht auf der Oberfläche von Metallgegenständen bilden, um die Oberflächenfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. Der vom Laser entfernte Abfall belastet die Umwelt grundsätzlich nicht und er kann auch über große Entfernungen betrieben werden, wodurch die Gesundheitsschäden des Bedieners wirksam verringert werden.
Außenansicht des Gebäudes
Es werden immer mehr Wolkenkratzer gebaut, und das Reinigungsproblem der Außenwände von Gebäuden rückt immer stärker in den Vordergrund. Das Laserreinigungssystem reinigt die Außenwände von Gebäuden gut durch optische Fasern. Die Lösung mit einer maximalen Länge von 70 Metern kann verschiedene Schadstoffe auf verschiedenen Steinen, Metallen und Glas effektiv reinigen, und ihre Effizienz ist viel höher als die der herkömmlichen Reinigung. Es kann auch schwarze Flecken und Flecken von verschiedenen Steinen in Gebäuden entfernen. Der Reinigungstest des Laserreinigungssystems an Gebäuden und Steindenkmälern zeigt, dass die Laserreinigung einen guten Effekt auf den Schutz des Erscheinungsbildes antiker Gebäude hat.
Elektronikindustrie
Die Elektronikindustrie nutzt Laser zur Entfernung von Oxiden: In der Elektronikindustrie ist eine hochpräzise Dekontamination erforderlich, wobei sich die Laserdesoxidation besonders gut eignet. Die Stifte der Komponenten müssen vor dem Löten der Platine gründlich desoxidiert werden, um einen optimalen elektrischen Kontakt zu gewährleisten, und die Stifte dürfen während des Dekontaminationsprozesses nicht beschädigt werden. Die Laserreinigung kann den Einsatzanforderungen gerecht werden, die Effizienz ist sehr hoch und es ist nur eine Laserbestrahlung für jede Nadel erforderlich.
Kernkraftwerk
Auch bei der Reinigung von Reaktorrohren in Kernkraftwerken werden Laserreinigungsanlagen eingesetzt. Mithilfe einer optischen Faser wird ein Hochleistungslaserstrahl in den Reaktor eingeleitet, um radioaktiven Staub direkt zu entfernen. Das gereinigte Material ist leicht zu reinigen. Und da die Bedienung aus der Ferne erfolgt, kann die Sicherheit des Personals gewährleistet werden.
Zusammenfassung
Die heutige hochentwickelte Fertigungsindustrie ist zur Führungsspitze im internationalen Wettbewerb geworden. Als fortschrittliches System in der Laserfertigung verfügt die Laserreinigungsmaschine über ein großes Anwendungspotenzial in der industriellen Entwicklung. Die energische Weiterentwicklung der Laserreinigungstechnologie hat eine sehr wichtige strategische Bedeutung für die wirtschaftliche und soziale Entwicklung.