In l'ultimi anni, a pulizia laser hè diventata unu di i punti caldi di ricerca in u campu di a fabricazione industriale, a ricerca copre u prucessu, a teoria, l'attrezzatura è l'applicazioni. In l'applicazioni industriali, a tecnulugia di pulizia laser hè stata capace di pulisce in modu affidabile un gran numeru di diverse superfici di substratu, pulendu oggetti cumpresi acciaio, aluminiu, titaniu, vetru è materiali cumposti, ecc., industrie d'applicazione chì coprenu l'aerospaziale, l'aviazione, u trasportu marittimu, i treni à alta velocità, l'automobile, a muffa, l'energia nucleare è u marittimu è altri campi.
A tecnulugia di pulizia laser, chì data di l'anni 1960, hà i vantaghji di un bon effettu di pulizia, una larga gamma d'applicazioni, alta precisione, senza cuntattu è accessibilità. In a fabricazione industriale, a pruduzzione è a manutenzione è altri campi anu una larga gamma di prospettive d'applicazione, si prevede chì rimpiazzerà parzialmente o cumpletamente i metudi di pulizia tradiziunali, è diventerà a tecnulugia di pulizia verde più promettente di u XXI seculu.
Metudu di pulizia laser
U prucessu di pulizia laser hè assai cumplessu, chì implica una varietà di miccanismi di rimuzione di materiale. Per un metudu di pulizia laser, u prucessu di pulizia pò esiste à tempu una varietà di miccanismi, chì sò principalmente attribuibili à l'interazione trà u laser è u materiale, cumprese l'ablazione di a superficia di u materiale, a decomposizione, l'ionizazione, a degradazione, a fusione, a combustione, a vaporizazione, a vibrazione, u sputtering, l'espansione, u restringimentu, l'esplosione, u sbucciamentu, u spargimentu è altri cambiamenti fisichi è chimichi di u prucessu.
Attualmente, i metudi tipici di pulizia laser sò principalmente trè: pulizia per ablazione laser, pulizia laser assistita da film liquidu è metudi di pulizia à onde d'urto laser.
Metudu di pulizia per ablazione laser
I principali miccanismi metodologichi sò l'espansione termica, a vaporizazione, l'ablazione è l'esplosione di fase. U laser agisce direttamente nantu à u materiale da rimuovere da a superficia di u sustratu è e cundizioni ambientali ponu esse aria, gas rarefattu o vacuum. E cundizioni operative sò simplici è più largamente aduprate per rimuovere una varietà di rivestimenti, pitture, particelle o sporcizia. U diagrama sottu mostra u diagrama di prucessu per u metudu di pulizia per ablazione laser.
Quandu l'irradiazione laser hè nantu à a superficia di u materiale, u sustratu è i materiali di pulizia sò a prima espansione termica. Cù l'aumentu di u tempu d'interazzione laser cù u materiale di pulizia, se a temperatura hè più bassa di a soglia di cavitazione di u materiale di pulizia, u materiale di pulizia cambia solu fisicamente u prucessu, a differenza trà u materiale di pulizia è u coefficientu di espansione termica di u sustratu porta à pressione à l'interfaccia, u materiale di pulizia si deforma, si strappa da a superficia di u sustratu, si screpola, si frattura meccanica, si schiaccia per vibrazioni, ecc., u materiale di pulizia hè eliminatu da un gettu o strappatu da a superficia di u sustratu.
Sè a temperatura hè più alta chè a temperatura di soglia di gasificazione di u materiale di pulizia, ci saranu duie situazioni: 1) a soglia di ablazione di u materiale di pulizia hè inferiore à quella di u sustratu; 2) a soglia di ablazione di u materiale di pulizia hè superiore à quella di u sustratu.
Questi dui casi di materiali di pulizia sò a fusione, a cavitazione è l'ablazione è altri cambiamenti fisico-chimichi, u mecanismu di pulizia hè più cumplessu, in più di l'effetti termichi, ma pò ancu include materiali di pulizia è substrati trà a rottura di u ligame moleculare, a decomposizione o a degradazione di i materiali di pulizia, l'esplosione di fase, a gassificazione di i materiali di pulizia, l'ionizazione istantanea, a generazione di plasma.
(1)Pulizia laser assistita da film liquidu
U mecanismu di u metudu hà principalmente vaporizazione è vibrazione di film liquidu in ebullizione, ecc. L'usu di a necessità di sceglie a lunghezza d'onda laser adatta, in modu da cumpensà a mancanza di pressione d'impattu in u prucessu di pulizia per ablazione laser, pò esse adupratu per rimuovere alcuni di l'ughjetti di pulizia più difficili da rimuovere.
Cum'è mostratu in a figura quì sottu, a pellicola liquida (acqua, etanolu o altri liquidi) hè pre-cuperta in a superficia di l'ughjettu di pulizia, è dopu si usa u laser per irradiallu. A pellicola liquida assorbe l'energia laser, risultendu in una forte splusione di u mediu liquidu, l'esplosione di u liquidu bollente à alta velocità, u trasferimentu d'energia à i materiali di pulizia di a superficia, una forza splusiva transitoria elevata hè sufficiente per rimuovere a sporcizia di a superficia per ottene scopi di pulizia.
U metudu di pulizia laser assistita da film liquidu hà dui svantaghji.
Prucessu ingombrante è difficiule da cuntrullà.
A causa di l'usu di film liquidu, a cumpusizione chimica di a superficia di u sustratu dopu a pulizia hè faciule da cambià è generà nuove sustanze.
(1)Metudu di pulizia di tipu onda d'urto laser
L'approcciu è u mecanismu di u prucessu sò assai diffirenti da i primi dui, u mecanismu hè principalmente a rimuzione di a forza di l'onda d'urto, l'uggetti di pulizia sò principalmente particelle, principalmente per a rimuzione di particelle (sub-micron o nanoscala). I requisiti di u prucessu sò assai severi, sia per assicurà a capacità di ionizà l'aria, sia per mantene una distanza adatta trà u laser è u substratu per assicurà chì l'azione nantu à e particelle di a forza d'impattu sia abbastanza grande.
U schema di u prucessu di pulizia di l'onda d'urto laser hè mostratu quì sottu, u laser hè parallelu à a direzzione di a superficia di u sustratu, è u sustratu ùn vene micca in cuntattu. Move a pezza o a testa laser per aghjustà u focu laser à a particella vicinu à l'uscita laser, u puntu focale di u fenomenu di ionizazione di l'aria si verificarà, risultendu in onde d'urto, onde d'urto à l'espansione rapida di l'espansione sferica, è estende à u cuntattu cù e particelle. Quandu u mumentu di a cumpunente trasversale di l'onda d'urto nantu à a particella hè più grande di u mumentu di a cumpunente longitudinale è di a forza di adesione di e particelle, a particella serà rimossa per rullamentu.
Tecnulugia di pulizia laser
U mecanismu di pulizia laser hè basatu principalmente nantu à a superficia di l'ughjettu dopu l'assorbimentu di l'energia laser, o vaporizazione è volatilizazione, o espansione termica istantanea per superà l'adsorbimentu di particelle nantu à a superficia, affinchì l'ughjettu si stacchi da a superficia, è dopu ottene u scopu di pulizia.
Riassuntu in grossu cum'è: 1. decomposizione di vapore laser, 2. stripping laser, 3. espansione termica di particelle di sporcizia, 4. vibrazione di a superficia di u substratu è vibrazione di particelle quattru aspetti
In paragone cù u prucessu di pulizia tradiziunale, a tecnulugia di pulizia laser hà e seguenti caratteristiche.
1. Hè una pulizia "a seccu", senza soluzione di pulizia o altre soluzioni chimiche, è a pulizia hè assai più alta di u prucessu di pulizia chimica.
2. U scopu di a rimuzione di a terra è a gamma di substrati applicabili hè assai larga, è
3. Attraversu a regulazione di i parametri di u prucessu laser, ùn pò micca dannà a superficia di u sustratu nantu à a basa di a rimuzione efficace di i contaminanti, hè a superficia cum'è nova.
4. A pulizia laser pò esse facilmente automatizata.
5. L'equipaggiu di decontaminazione laser pò esse adupratu per un bellu pezzu, cù costi operativi bassi.
6. A tecnulugia di pulizia laser hè: verde: u prucessu di pulizia, elimina i rifiuti hè una polvere solida, di piccula dimensione, faciule da almacenà, in fondu ùn inquina micca l'ambiente.
In l'anni 1980, u rapidu sviluppu di l'industria di i semiconduttori nantu à a superficia di e particelle di contaminazione di a maschera di wafer di siliciu di a tecnulugia di pulizia hà messu in avanti esigenze più elevate, u puntu chjave hè di superà a contaminazione di e microparticelle è u sustratu trà a grande forza di adsorbimentu, a pulizia chimica tradiziunale, a pulizia meccanica, i metudi di pulizia à ultrasoni ùn sò micca capaci di risponde à a dumanda, è a pulizia laser pò risolve tali prublemi di inquinamentu, a ricerca è l'applicazioni cunnesse sò state sviluppate rapidamente.
In u 1987, a prima apparizione di a dumanda di brevettu nantu à a pulizia laser. In l'anni 1990, Zapka hà applicatu cù successu a tecnulugia di pulizia laser à u prucessu di fabricazione di semiconduttori per rimuovere e microparticelle da a superficia di a maschera, realizendu l'applicazione precoce di a tecnulugia di pulizia laser in u campu industriale. In u 1995, i circadori anu utilizatu un laser TEA-CO2 di 2 kW per ottene cù successu a pulizia di a rimuzione di a pittura di a fusoliera di l'aeromobili.
Dopu à l'entrata in u XXI seculu, cù u sviluppu à alta velocità di i laser à impulsi ultra-corti, a ricerca naziunale è straniera è l'applicazione di a tecnulugia di pulizia laser sò aumentate gradualmente, cuncentrandosi nantu à a superficia di i materiali metallichi, l'applicazioni straniere tipiche sò a rimuzione di a pittura di a fusoliera di l'aeromobili, u sgrassaggio di a superficia di i muffa, a rimuzione di u carbone internu di u mutore è a pulizia di a superficia di i giunti prima di a saldatura. A pulizia laser di l'Istitutu di Saldatura Edison di i Stati Uniti di l'aereo da guerra FG16, quandu a putenza laser hè di 1 kW, u vulume di pulizia hè di 2,36 cm3 per minutu.
Vale a pena di mintuvà chì a ricerca è l'applicazione di a rimuzione di a pittura laser di pezzi cumposti avanzati hè ancu un puntu caldu maiò. L'eleche di l'elicotteri HG53 è HG56 di a Marina Americana è a coda piatta di u caccia F16 è altre superfici cumposte sò state realizate applicazioni di rimuzione di a pittura laser, mentre chì l'applicazioni di i materiali cumposti di a Cina in l'aeromobili sò in ritardu, dunque tale ricerca hè basicamente in u viotu.
Inoltre, l'usu di a tecnulugia di pulizia laser per u trattamentu di a superficia cumposta CFRP di l'articulazione prima di l'incollaggio per migliurà a resistenza di l'articulazione hè ancu unu di i punti focali di ricerca attuali. Adattà a cumpagnia laser à a linea di pruduzzione di vitture Audi TT per furnisce apparecchiature di pulizia laser à fibra per pulisce a superficia di u film d'ossidu di u quadru di a porta in lega d'aluminiu ligera. Rolls G Royce UK hà utilizatu a pulizia laser per pulisce u film d'ossidu nantu à a superficia di i cumpunenti di i motori aeronautici in titaniu.
A tecnulugia di pulizia laser s'hè sviluppata rapidamente in l'ultimi dui anni, ch'ella sia i parametri di u prucessu di pulizia laser è u mecanismu di pulizia, a ricerca di l'uggetti di pulizia o l'applicazione di a ricerca anu fattu grandi progressi. Dopu à assai ricerche teoriche, a tecnulugia di pulizia laser hà focalizatu a so ricerca nantu à l'applicazione di a ricerca è nantu à l'applicazione di risultati promettenti. In u futuru, a tecnulugia di pulizia laser in a prutezzione di e reliquie culturali è di l'opere d'arte serà aduprata più largamente, è u so mercatu hè assai largu. Cù u sviluppu di a scienza è di a tecnulugia, l'applicazione di a tecnulugia di pulizia laser in l'industria diventa una realità, è u campu d'applicazione diventa sempre più estensivu.
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Data di publicazione: 14 di nuvembre di u 2022
