U principiu, i tipi è l'applicazioni di a tecnulugia di pulizia laser

U principiu, i tipi è l'applicazioni dipulizia lasertecnulugia

A tecnulugia di pulizia laser hè un'applicazione riescita di a tecnulugia laser in u campu di l'ingegneria. U so principiu basicu hè di utilizà l'alta densità energetica di u laser per interagisce cù i contaminanti chì aderiscono à u sustratu di a pezza da travaglià, pruvucendu a so separazione da u sustratu in forma di espansione termica istantanea, fusione è evaporazione di gas. A tecnulugia di pulizia laser hè carattarizata da alta efficienza, rispettu di l'ambiente è risparmiu energeticu. Hè stata applicata cù successu in campi cum'è a pulizia di stampi di pneumatici, a rimuzione di a pittura di a carrozzeria di l'aerei è u restauramentu di reliquie culturali.

E tecnulugie di pulizia tradiziunali includenupulizia à frizione meccanica(pulizia cù sabbiatura, pulizia cù gettu d'acqua à alta pressione, ecc.), pulizia cù corrosione chimica, pulizia à ultrasoni, pulizia cù ghiaccio secco, ecc. Queste tecnulugie di pulizia sò state largamente aduprate in varie industrie. Per esempiu, a pulizia cù sabbiatura pò rimuovere macchie di ruggine metallica, bave di superficie metallica è vernice à trè prove nantu à i circuiti stampati selezziunendu abrasivi di diverse durezze. A tecnulugia di pulizia cù corrosione chimica hè largamente aduprata in a pulizia di macchie d'oliu nantu à e superfici di l'apparecchiature, incrostazioni in caldaie è oleodotti. Ancu s'è queste tecnulugie di pulizia sò state ben sviluppate, anu sempre qualchì prublema. Per esempiu, a pulizia cù sabbiatura pò facilmente causà danni à a superficia trattata, è a pulizia cù corrosione chimica pò causà inquinamentu ambientale è corrosione di a superficia pulita se ùn hè micca trattata currettamente. L'emergenza di a tecnulugia di pulizia laser rapprisenta una rivoluzione in a tecnulugia di pulizia. Si avvantaggia di l'alta densità energetica, di l'alta precisione è di a trasmissione efficiente di l'energia laser, è hà vantaghji evidenti rispetto à e tecnulugie di pulizia tradiziunali in termini di efficienza di pulizia, precisione di pulizia è locu di pulizia. Pò evità efficacemente l'inquinamentu ambientale causatu da a pulizia cù corrosione chimica è altre tecnulugie di pulizia, è ùn causerà danni à u substratu.

Uu principiu di a pulizia laser

Dunque, chì hè a pulizia laser ? A pulizia laser hè un prucessu induve un raghju laser hè adupratu per caccià materiale da a superficia di un solidu (o qualchì volta un liquidu). À un flussu laser bassu, u materiale hè riscaldatu da l'energia laser assorbita è evapora o sublima. À un flussu laser altu, u materiale si trasforma di solitu in plasma. Di solitu, a pulizia laser si riferisce à a rimuzione di materiale aduprendu laser pulsati, ma se l'intensità laser hè abbastanza alta, un raghju laser à onda cuntinua pò esse adupratu per ablà u materiale. U laser eccimeru di luce ultravioletta prufonda hè principalmente adupratu per l'ablazione ottica. A lunghezza d'onda laser aduprata per l'ablazione ottica hè di circa 200 nm. A prufundità di assorbimentu di l'energia laser è a quantità di materiale eliminata da un unicu impulsu laser dipendenu da e proprietà ottiche di u materiale, è ancu da a lunghezza d'onda laser è da a lunghezza di l'impulsu. A massa tutale ablata da u bersagliu da ogni impulsu laser hè di solitu chjamata velocità di ablazione. A velocità di scansione di u raghju laser è a cupertura di a linea di scansione, ecc., Affetteranu significativamente u prucessu di ablazione.

Tipi di tecnulugia di pulizia laser

1) Pulizia à seccu laser: A pulizia à seccu laser si riferisce à l'irradiazione diretta di a pezza di travagliu da pulisce per laser pulsatu, chì face chì a basa o i contaminanti di a superficia assorbinu energia è aumentinu a temperatura, risultendu in una espansione termica o vibrazione termica di a basa, separendu cusì i dui. Stu metudu pò esse divisu approssimativamente in duie situazioni: una hè chì i contaminanti di a superficia assorbenu l'energia laser è si espandenu; l'altra hè chì a basa assorbe l'energia laser è genera vibrazioni termiche. In u 1969, SM Bedair et al. anu scupertu chì diversi metudi di trattamentu di a superficia cum'è u trattamentu termicu, a corrosione chimica è a pulizia cù sabbiatura anu tutti svantaghji diversi. À u listessu tempu, l'alta densità di energia dopu a focalizazione laser pò rende pussibule u fenomenu di l'evaporazione di a superficia di u materiale, chì permette a pussibilità di una pulizia non distruttiva di a superficia di u materiale. Attraversu esperimenti, hè statu trovu chì l'usu di un laser rubinu Q-switched cù una densità di putenza di 30 MW/cm2 pò ottene a pulizia di i contaminanti di a superficia di u materiale di silicone senza dannà a basa, è per a prima volta, hè stata realizata a pulizia à seccu laser di i contaminanti di a superficia di u materiale. A velocità generale pò esse espressa da a velocità di distaccu di frammenti di stratu di film, cum'è seguita:

In a formula, ε rapprisenta l'indice di l'energia di l'impulsu laser, h rapprisenta l'indice di spessore di u stratu di film inquinante, è E rapprisenta l'indice di u modulu elasticu di u stratu di film.

2) Pulizia Laser Umida: Prima chì a pezza da pulisce sia esposta à u laser pulsatu, si applica una pellicola liquida di pre-rivestimentu superficiale. Sottu l'azione di u laser, a temperatura di a pellicola liquida aumenta rapidamente è si vaporizza. À u mumentu di a vaporizazione, si genera un'onda d'impattu, chì agisce nantu à e particelle inquinanti è li face staccà da u substratu. Stu metudu richiede chì u substratu è a pellicola liquida ùn reagiscenu micca trà di elli, limitendu cusì a gamma di materiali applicabili. In u 1991, K. Imen et al. anu trattatu u prublema di l'inquinanti residuali di particelle submicroniche nantu à e superfici di wafer semiconduttori è materiali metallici dopu chì sò stati aduprati i metudi di pulizia tradiziunali, è anu studiatu l'applicazione di u rivestimentu di una pellicola nantu à a superficia di u substratu di materiale chì pò assorbe efficacemente l'energia laser. In seguitu, aduprendu un laser CO2, a pellicola hà assorbitu l'energia laser è hà aumentatu rapidamente di temperatura è hà fattu bollire, generendu una vaporizazione esplosiva, chì hà eliminatu l'inquinanti da a superficia di u substratu. Stu metudu di pulizia hè chjamatu pulizia laser umida.

3) Pulizia à l'onda d'urto di u plasma laser: L'onde d'urto di u plasma laser sò generate quandu u laser irradia u mediu aereu è provoca a furmazione di un'onda d'urto di plasma sferica. L'onda d'urto agisce nantu à a superficia di a pezza da pulisce è libera energia per rimuovere i contaminanti. U laser ùn agisce micca nantu à u sustratu, dunque ùn provoca micca danni à u sustratu. A tecnulugia di pulizia à l'onda d'urto di u plasma laser pò avà pulisce particelle cù diametri di parechje decine di nanometri, è ùn ci sò restrizioni nantu à a lunghezza d'onda di u laser. U principiu fisicu di a pulizia à u plasma pò esse riassuntu cusì: a) U fasciu laser emessu da u laser hè assorbitu da u stratu di contaminazione nantu à a superficia trattata. b) A grande quantità d'assorbimentu forma un plasma in rapida espansione (gas instabile altamente ionizatu) è genera un'onda d'impattu. c) L'onda d'impattu face chì i contaminanti si frammentinu è sianu rimossi. d) A larghezza di l'impulsu di l'impulsu di luce deve esse abbastanza corta per evità l'accumulazione termica chì puderia dannà a superficia trattata. e) L'esperimenti anu dimustratu chì quandu ci sò ossidi nantu à a superficia metallica, u plasma hè generatu nantu à a superficia metallica. U plasma hè generatu solu quandu a densità di l'energia supera a soglia, chì dipende da u stratu di contaminazione o da u stratu d'ossidu eliminatu. Questu effettu di soglia hè assai impurtante per una pulizia efficace mentre si garantisce a sicurezza di u materiale di u sustratu. L'aspettu di u plasma hà ancu una seconda soglia. Se a densità di l'energia supera sta soglia, u materiale di u sustratu serà dannighjatu. Per fà una pulizia efficace mentre si garantisce a sicurezza di u materiale di u sustratu, i parametri di u laser devenu esse aghjustati secondu a situazione per assicurà chì a densità di l'energia di l'impulsu di luce sia strettamente trà e duie soglie. In u 2001, JM Lee et al. anu utilizatu a caratteristica chì i laser di alta putenza producenu onde d'urto à plasma quandu sò focalizati, è anu utilizatu un laser à impulsi cù una densità di energia di 2,0 J/cm2 (assai più alta di a soglia di danni di i wafer di silicone) per irradià parallelamente à u wafer di silicone, pulendu cù successu particelle di tungstenu di 1 μm adsorbite nantu à a superficia di u wafer di silicone. Stu metudu di pulizia hè chjamatu pulizia à onde d'urto à plasma laser, è strettamente parlante, a pulizia à onde d'urto à plasma laser hè un tipu di pulizia laser secca. U scopu uriginale di ste trè tecnulugie di pulizia laser era di pulisce e piccule particelle nantu à a superficia di e cialde di semiconduttori. Si pò dì chì a tecnulugia di pulizia laser hè nata cù u sviluppu di a tecnulugia di semiconduttori. Tuttavia, a tecnulugia di pulizia laser hè stata applicata continuamente à altri campi, cum'è a pulizia di stampi di pneumatici, a rimuzione di a pittura di a pelle di l'aeromobili è u restauramentu di a superficia di l'artefatti. Mentre hè sottu à a radiazione laser, u gasu inerte pò esse soffiatu nantu à a superficia di u sustratu. Quandu i contaminanti sò staccati da a superficia, saranu immediatamente soffiati da a superficia da u gasu per evità a riinquinazione è l'ossidazione di a superficia.

Uapplicazione di a tecnulugia di pulizia laser

1) In u campu di i semiconduttori, a pulizia di e cialde semiconduttori è di i substrati ottici implica u listessu prucessu, vale à dì trasfurmà e materie prime in e forme richieste per mezu di u tagliu, a macinazione, ecc. Durante questu prucessu, sò introdutti contaminanti particulari, chì sò difficiuli da rimuovere è causanu gravi prublemi di contaminazione ripetuta. I contaminanti nantu à a superficia di e cialde semiconduttori ponu influenzà a qualità di a stampa di i circuiti stampati, accurtendu cusì a durata di vita di i chip semiconduttori. I contaminanti nantu à a superficia di i substrati ottici ponu influenzà a qualità di i dispositivi ottici è di i rivestimenti, è ponu purtà à una distribuzione irregulare di l'energia, accurtendu a durata di vita. Siccomu a pulizia à seccu laser hè propensa à causà danni à a superficia di u substratu, questu metudu di pulizia hè menu utilizatu in a pulizia di e cialde semiconduttori è di i substrati ottici. A pulizia umida laser è a pulizia à onde d'urto à plasma laser anu applicazioni più riesciute in questu campu. Xu Chuanyi et al. anu studiatu a deposizione di pittura magnetica speciale à microscala nantu à a superficia di substrati ottici ultra-lisci cum'è film dielettricu, è dopu anu utilizatu un laser pulsatu per a pulizia. L'effettu di pulizia era bonu, ancu s'è u numeru di particelle d'impurità per unità di superficia hè aumentatu, a dimensione è l'area di cupertura di e particelle d'impurità sò state significativamente ridutte. Stu metudu pò pulisce efficacemente e particelle d'impurità à microscala nantu à a superficia di substrati ottici ultra-lisci. Zhang Ping hà studiatu l'influenza di a distanza di travagliu è di l'energia laser nantu à l'effettu di pulizia di contaminanti di diverse dimensioni di particelle in a tecnulugia di pulizia à plasma laser. I risultati sperimentali anu dimustratu chì per e particelle di polistirene nantu à substrati di vetru conduttivu, a distanza di travagliu ottima per l'energia di 240 mJ era di 1,90 mm. Cù l'aumentu di l'energia laser, l'effettu di pulizia hè migliuratu significativamente, è i contaminanti di particelle grandi eranu più faciuli da pulisce.

2) In u campu di i materiali metallichi, a pulizia di e superfici di materiali metallichi hè diversa da a pulizia di wafers semiconduttori è substrati ottici. I contaminanti da pulisce appartenenu à a categuria macroscopica. I contaminanti nantu à a superficia di i materiali metallichi includenu principalmente u stratu d'ossidu (stratu di ruggine), u stratu di pittura, u rivestimentu è altri attaccamenti, è ponu esse classificati in contaminanti organici (cum'è u stratu di pittura, u rivestimentu) è contaminanti inorganici (cum'è u stratu di ruggine). A pulizia di i contaminanti di a superficia di i materiali metallichi hè principalmente per risponde à i requisiti di a trasfurmazione o di l'usu successivi, cum'è a rimuzione di circa 10 μm di stratu d'ossidu da a superficia di e parti in lega di titaniu prima di a saldatura, a rimuzione di u rivestimentu di pittura originale nantu à a superficia di a pelle durante e riparazioni maiò di l'aeromobili per facilità a spruzzatura, è a pulizia regulare di e particelle di gomma attaccate à u stampu di pneumatici di gomma per assicurà a pulizia di a superficia è a qualità è a durata di u stampu. A soglia di danni di i materiali metallichi hè più alta di quella di a soglia di pulizia laser di i so contaminanti di a superficia. Selezziunendu un laser di putenza adattatu, si pò ottene un megliu effettu di pulizia. Sta tecnulugia hè stata applicata in modu maturu in certi campi. Wang Lihua et al. anu studiatu l'applicazione di a tecnulugia di pulizia laser in u trattamentu di e pelli d'ossidu nantu à e superfici di e leghe d'aluminiu è di e leghe di titaniu. I risultati di a ricerca anu dimustratu chì l'usu di un laser cù una densità d'energia di 5,1 J/cm2 puderia pulisce u stratu d'ossidu nantu à a superficia di a lega d'aluminiu A5083-111H mantenendu a bona qualità di u sustratu, è l'usu di un laser pulsatu cù una putenza media di 100 W in modu di scansione puderia pulisce efficacemente u stratu d'ossidu nantu à a superficia di e leghe di titaniu è migliurà a durezza di a superficia di u materiale. Cumpagnie naziunali cum'è Ruike Laser, Daqu Laser è Shenzhen Chuangxin anu sviluppatu apparecchiature di pulizia laser chì sò state largamente aduprate per a pulizia di stampi di gomma cum'è pneumatici, strati di ruggine metallica è macchie d'oliu nantu à a superficia di i cumpunenti.

3) In u campu di e reliquie culturali, a pulizia di e reliquie di metallu è di petra è di e superfici di carta hè necessaria per rimuovere i contaminanti cum'è a terra è e macchie d'inchiostru chì appariscenu nantu à e so superfici per via di a so longa storia. Quessi contaminanti devenu esse eliminati per restaurà e reliquie. Per l'opere di carta cum'è a calligrafia è i dipinti, quandu sò almacenati in modu impropriu, a muffa cresce nantu à e so superfici è forma macchie. Queste macchie affettanu seriamente l'aspettu originale di a carta, in particulare per a carta cù un altu valore culturale o storicu, ciò chì affetterà u so apprezzamentu è a so prutezzione. Zhao Ying et al. anu studiatu a fattibilità di l'usu di u laser ultraviolettu per pulisce e macchie di muffa nantu à i rotoli di carta. I risultati sperimentali anu dimustratu chì l'usu di un laser cù una densità di energia di 3,2 J/mm2 per scansà una volta puderia rimuovere e macchie sottili, è a scansione duie volte puderia rimuovere cumpletamente e macchie. Tuttavia, se l'energia laser aduprata hè troppu alta, danneggerà u rotolo di carta mentre si rimuovenu e macchie. Zhang Xiaotong et al. anu restauratu cù successu una reliquia di bronzu doratu aduprendu u metudu di film liquidu di irradiazione verticale laser. Zhang Licheng et al. anu utilizatu a tecnulugia di pulizia laser in u restauramentu di una figurina di ceramica femminile dipinta di a Dinastia Han. Yuan Xiaodong et al. anu studiatu l'effettu di a tecnulugia di pulizia laser in a pulizia di reliquie di petra è anu paragunatu i danni à u corpu di gres prima è dopu a pulizia, è ancu l'effetti di pulizia di e macchie d'inchiostru, l'inquinamentu da fume è l'inquinamentu da pittura.

Cunclusione: A tecnulugia di pulizia laser hè una tecnica relativamente avanzata, cù ampie prospettive di ricerca è applicazione in campi di alta precisione cum'è l'aerospaziale, l'equipaggiu militare è l'ingegneria elettronica è elettrica. Attualmente, a tecnulugia di pulizia laser hè stata applicata cù successu in certi settori, grazia à a so efficienza, rispettosa di l'ambiente è à l'eccellenza di e prestazioni di pulizia. I so settori d'applicazione si stanu espandendu gradualmente. U sviluppu di a tecnulugia di pulizia laser ùn hè micca solu statu applicatu in modu maturu in settori cum'è a rimozione di a pittura è a rimozione di a ruggine, ma ci sò ancu stati rapporti di l'usu di u laser per pulisce u stratu d'ossidu nantu à i fili metallichi in l'ultimi anni. L'espansione di i campi d'applicazione esistenti è u sviluppu di novi campi sò a basa di u sviluppu di a tecnulugia di pulizia laser. A ricerca è u sviluppu di novi apparecchi di pulizia laser è u sviluppu di novi apparecchi di pulizia laser mostreranu una differenziazione, risultendu in varie funzioni. In u futuru, hè ancu pussibule ottene una pulizia laser cumpletamente automatica attraversu a cuuperazione cù i robot industriali. A tendenza di sviluppu di a tecnulugia di pulizia laser hè a seguente:

(1) Rafurzà a ricerca nantu à a teoria di a pulizia laser per guidà l'applicazione di a tecnulugia di pulizia laser. Dopu avè esaminatu un gran numeru di documenti, si hè constatatu chì ùn ci hè micca un sistema teoricu maturu chì sustene a tecnulugia di pulizia laser, è a maiò parte di i studii sò basati nantu à esperimenti. A creazione di un sistema teoricu di pulizia laser hè a basa per l'ulteriore sviluppu è a maturità di a tecnulugia di pulizia laser.

(2) Espansione di i campi d'applicazione esistenti è novi campi d'applicazione. A tecnulugia di pulizia laser hè stata applicata cù successu in aree cum'è a rimuzione di a pittura è a rimuzione di a ruggine, è ci sò stati rapporti di l'usu di u laser per pulisce u stratu d'ossidu nantu à i fili metallichi in l'ultimi anni. L'espansione di i campi d'applicazione esistenti è u sviluppu di novi campi sò un terrenu fertile per u sviluppu di a tecnulugia di pulizia laser.

(3) Ricerca è sviluppu di novi apparecchi di pulizia laser. U sviluppu di novi apparecchi di pulizia laser mostrerà una differenziazione. Un tipu hè un apparecchiu cù una certa universalità chì copre parechji campi d'applicazione, cum'è un dispositivu chì pò ottene simultaneamente funzioni di rimuzione di pittura è di ruggine. L'altru tipu hè un apparecchiu specializatu per bisogni specifici, cum'è a cuncepzione di apparecchi specifici o fibre ottiche per ottene a funzione di pulizia di inquinanti in picculi spazii. Attraversu a cuuperazione cù i robot industriali, a pulizia laser cumpletamente automatica hè ancu una direzzione d'applicazione pupulare.