En los últimos años, la limpieza con láser se ha convertido en uno de los puntos de investigación en el campo de la fabricación industrial; la investigación cubre el proceso, la teoría, los equipos y las aplicaciones. En aplicaciones industriales, la tecnología de limpieza láser ha podido limpiar de forma fiable una gran cantidad de superficies de sustrato diferentes, limpiando objetos como acero, aluminio, titanio, vidrio y materiales compuestos, etc., industrias de aplicaciones que abarcan la aeroespacial, la aviación, el transporte marítimo y la alta velocidad. ferrocarril, automoción, moldes, energía nuclear y marina y otros campos.
La tecnología de limpieza láser, que data de la década de 1960, tiene las ventajas de un buen efecto de limpieza, una amplia gama de aplicaciones, alta precisión, sin contacto y accesibilidad. En la fabricación, producción y mantenimiento industrial y otros campos tienen una amplia gama de perspectivas de aplicación, se espera que reemplacen parcial o completamente los métodos de limpieza tradicionales y se conviertan en la tecnología de limpieza ecológica más prometedora del siglo XXI.
Método de limpieza con láser
El proceso de limpieza con láser es muy complejo e implica una variedad de mecanismos de eliminación de material; para un método de limpieza con láser, el proceso de limpieza puede existir al mismo tiempo una variedad de mecanismos, lo que se atribuye principalmente a la interacción entre el láser y el material, incluyendo La ablación, descomposición, ionización, degradación, fusión, combustión, vaporización, vibración, pulverización catódica, expansión, contracción, explosión, pelado, desprendimiento y otros cambios físicos y químicos de la superficie del material. proceso.
En la actualidad, los métodos típicos de limpieza con láser son principalmente tres: limpieza por ablación con láser, limpieza con láser asistida por película líquida y métodos de limpieza con ondas de choque con láser.
Método de limpieza por ablación con láser.
Los principales mecanismos metodológicos son la expansión térmica, la vaporización, la ablación y la explosión de fase. El láser actúa directamente sobre el material a eliminar de la superficie del sustrato y las condiciones ambientales pueden ser aire, gas enrarecido o vacío. Las condiciones de operación son simples y se usan más ampliamente para eliminar una variedad de recubrimientos, pinturas, partículas o suciedad. El siguiente diagrama muestra el diagrama de proceso para el método de limpieza por ablación con láser.
Cuando la irradiación láser sobre la superficie del material, el sustrato y los materiales de limpieza son la primera expansión térmica. Con el aumento del tiempo de interacción del láser con el material de limpieza, si la temperatura es inferior al umbral de cavitación del material de limpieza, el material de limpieza solo cambia físicamente, la diferencia entre el material de limpieza y el coeficiente de expansión térmica del sustrato genera presión en la interfaz. , el material de limpieza se pandea, se desgarra de la superficie del sustrato, se agrieta, se fractura mecánicamente, se aplasta por vibración, etc., el material de limpieza se elimina mediante chorro o se quita de la superficie del sustrato.
Si la temperatura es superior a la temperatura umbral de gasificación del material de limpieza, se producirán dos situaciones: 1) el umbral de ablación del material de limpieza es menor que el del sustrato; 2) el umbral de ablación del material de limpieza es mayor que el del sustrato.
Estos dos casos de materiales de limpieza son fusión, cavitación y ablación y otros cambios fisicoquímicos, el mecanismo de limpieza es más complejo, además de los efectos térmicos, pero también puede incluir materiales de limpieza y sustratos entre la rotura del enlace molecular, descomposición o degradación de los materiales de limpieza, fase. explosión, limpieza de materiales, gasificación, ionización instantánea, generación de plasma.
(1)Limpieza láser asistida por película líquida
El mecanismo del método tiene principalmente película líquida, vaporización por ebullición y vibración, etc. El uso de la necesidad de elegir la longitud de onda del láser adecuada, de una manera para compensar la falta de presión de impacto en el proceso de limpieza por ablación con láser, se puede utilizar para eliminar Algunos de los más difíciles de quitar el objeto de limpieza.
Como se muestra en la figura siguiente, la película líquida (agua, etanol u otros líquidos) se cubre previamente en la superficie del objeto de limpieza y luego se utiliza el láser para irradiarla. La película líquida absorbe la energía del láser, lo que resulta en una fuerte explosión del medio líquido, la explosión del líquido hirviendo, el movimiento de alta velocidad, la transferencia de energía a los materiales de limpieza de la superficie, la alta fuerza explosiva transitoria es suficiente para eliminar la suciedad de la superficie y lograr los propósitos de limpieza.
El método de limpieza láser asistido por película líquida tiene dos desventajas.
Proceso engorroso y difícil de controlar el proceso.
Debido al uso de película líquida, la composición química de la superficie del sustrato después de la limpieza es fácil de cambiar y generar nuevas sustancias.
(1)Método de limpieza tipo onda de choque láser
El enfoque y el mecanismo del proceso son muy diferentes de los dos primeros: el mecanismo es principalmente la eliminación de la fuerza de las ondas de choque, los objetos de limpieza son principalmente partículas, principalmente para la eliminación de partículas (submicrónicas o nanométricas). Los requisitos del proceso son muy estrictos, tanto para garantizar la capacidad de ionizar el aire como para mantener una distancia adecuada entre el láser y el sustrato para garantizar que la acción de la fuerza de impacto sobre las partículas sea lo suficientemente grande.
El diagrama esquemático del proceso de limpieza por onda de choque láser se muestra a continuación, el láser dispara en paralelo a la dirección de la superficie del sustrato y el sustrato no entra en contacto. Mueva la pieza de trabajo o el cabezal láser para ajustar el enfoque del láser a la partícula cerca de la salida del láser, se producirá el punto focal del fenómeno de ionización del aire, lo que provocará ondas de choque, las ondas de choque provocarán la rápida expansión de la expansión esférica y se extenderán al contacto. con las partículas. Cuando el momento de la componente transversal de la onda de choque sobre la partícula es mayor que el momento de la componente longitudinal y la fuerza de adhesión de la partícula, la partícula se eliminará rodando.
Tecnología de limpieza láser
El mecanismo de limpieza con láser se basa principalmente en la superficie del objeto después de la absorción de energía láser, o vaporización y volatilización, o expansión térmica instantánea para superar la adsorción de partículas en la superficie, de modo que el objeto de la superficie y luego logre el propósito de la limpieza.
Aproximadamente resumido como: 1. descomposición por vapor por láser, 2. decapado por láser, 3. expansión térmica de partículas de suciedad, 4. vibración de la superficie del sustrato y vibración de partículas, cuatro aspectos
En comparación con el proceso de limpieza tradicional, la tecnología de limpieza láser tiene las siguientes características.
1. Es una limpieza "en seco", sin solución limpiadora ni otras soluciones químicas, y la limpieza es mucho mayor que el proceso de limpieza química.
2. El alcance de la eliminación de suciedad y el rango de sustrato aplicable es muy amplio, y
3. Mediante la regulación de los parámetros del proceso láser, no se puede dañar la superficie del sustrato gracias a la eliminación efectiva de contaminantes, la superficie queda como nueva.
4. La limpieza con láser puede ser una operación fácilmente automatizada.
5. El equipo de descontaminación láser se puede utilizar durante mucho tiempo y tiene bajos costos operativos.
6. La tecnología de limpieza láser es: verde: proceso de limpieza, elimina los desechos, es un polvo sólido, de tamaño pequeño, fácil de almacenar, básicamente no contaminará el medio ambiente.
En la década de 1980, el rápido desarrollo de la industria de semiconductores en la superficie de las partículas de contaminación de la máscara de oblea de silicio de la tecnología de limpieza planteó requisitos más altos, el punto clave es superar la contaminación de las micropartículas y el sustrato entre la gran fuerza de adsorción. , los métodos tradicionales de limpieza química, limpieza mecánica y limpieza ultrasónica no pueden satisfacer la demanda, y la limpieza con láser puede resolver dichos problemas de contaminación, por lo que se han desarrollado rápidamente investigaciones y aplicaciones relacionadas.
En 1987 apareció por primera vez una solicitud de patente sobre limpieza con láser. En la década de 1990, Zapka aplicó con éxito la tecnología de limpieza láser al proceso de fabricación de semiconductores para eliminar micropartículas de la superficie de la máscara, logrando la aplicación temprana de la tecnología de limpieza láser en el campo industrial. En 1995, los investigadores utilizaron un láser TEA-CO2 de 2 kW para lograr con éxito la limpieza de la eliminación de pintura del fuselaje de aviones.
Después de entrar en el siglo XXI, con el desarrollo de alta velocidad de los láseres de pulso ultracorto, la investigación y la aplicación nacionales y extranjeras de la tecnología de limpieza láser aumentaron gradualmente, centrándose en la superficie de los materiales metálicos, las aplicaciones extranjeras típicas son la eliminación de pintura del fuselaje de aviones y el moho. desengrasado de superficies, eliminación de carbonilla interna del motor y limpieza de superficies de juntas antes de soldar. Limpieza láser del US Edison Welding Institute del avión de combate FG16, cuando la potencia del láser es de 1 kW, el volumen de limpieza es de 2,36 cm3 por minuto.
Vale la pena mencionar que la investigación y aplicación de la eliminación de pintura con láser de piezas compuestas avanzadas también es un punto importante. Las palas de las hélices de los helicópteros HG53 y HG56 de la Marina de los EE. UU. y la cola plana del avión de combate F16 y otras superficies compuestas se han realizado aplicaciones de eliminación de pintura con láser, mientras que los materiales compuestos de China en aplicaciones aeronáuticas están retrasados, por lo que dicha investigación está básicamente en blanco.
Además, el uso de tecnología de limpieza láser para el tratamiento de la superficie compuesta de CFRP de la junta antes del pegado para mejorar la resistencia de la junta también es uno de los focos de investigación actuales. Adapte la empresa de láser a la línea de producción de automóviles Audi TT para proporcionar equipos de limpieza con láser de fibra para limpiar la superficie de la película de óxido del marco de la puerta de aleación de aluminio liviano. Rolls G Royce UK utilizó limpieza láser para limpiar la película de óxido en la superficie de los componentes de titanio de los motores aeronáuticos.
La tecnología de limpieza por láser se ha desarrollado rápidamente en los últimos dos años, ya sean los parámetros del proceso de limpieza por láser y el mecanismo de limpieza, la investigación de objetos de limpieza o la aplicación de la investigación ha logrado grandes avances. La tecnología de limpieza láser después de mucha investigación teórica, el enfoque de su investigación está constantemente sesgado hacia la aplicación de la investigación y hacia la aplicación de resultados prometedores. En el futuro, la tecnología de limpieza láser en la protección de reliquias culturales y obras de arte se utilizará más ampliamente y su mercado es muy amplio. Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología, la aplicación de la tecnología de limpieza láser en la industria se está convirtiendo en una realidad y el ámbito de aplicación es cada vez más amplio.
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Hora de publicación: 14-nov-2022
