Jaka jest zasada działania laserowej maszyny czyszczącej i czynniki wpływające na jej efekt?

Czyszczenie laserowe to skuteczna metoda usuwania brudnych cząstek i warstw folii z różnych materiałów i rozmiarów na stałych powierzchniach. Dzięki wysokiej jasności i dobremu kierunkowi lasera ciągłego lub impulsowego, poprzez ogniskowanie optyczne i kształtowanie plamki w celu uzyskania określonego kształtu plamki oraz rozkład energii wiązki laserowej naświetlanej na powierzchnię zanieczyszczonego materiału, który wymaga oczyszczenia, dołączonego materiału zanieczyszczającego pochłania energię lasera, powoduje wibracje, topienie, spalanie, a nawet zgazowanie oraz szereg złożonych procesów fizycznych i chemicznych. I wreszcie usuń zanieczyszczenia z powierzchni materiału, nawet jeśli laser działa na czyszczoną powierzchnię, większość z nich odbija się, nie powodując uszkodzeń podłoża, aby osiągnąć efekt czyszczenia.

Czyszczenie laserowe można klasyfikować według różnych standardów klasyfikacji. Na przykład to, czy powierzchnia podłoża pokryta jest płynnym filmem w procesie czyszczenia laserowego, dzieli się na czyszczenie laserem na sucho i czyszczenie laserem na mokro. Pierwsza polega na bezpośrednim napromieniowaniu laserem powierzchni substancji zanieczyszczającej, druga wymaga nałożenia wilgoci lub filmu cieczy na czyszczoną laserowo powierzchnię. Skuteczność mokrego czyszczenia laserowego jest wysoka, ale mokre czyszczenie laserowe wymaga ręcznego powlekania ciekłej warstwy, więc skład cieczy nie może zmienić właściwości samego materiału matrycy. Dlatego w porównaniu z technologią suchego czyszczenia laserowego zakres zastosowań mokrego czyszczenia laserowego ma pewne ograniczenia. Czyszczenie laserowe na sucho jest najpowszechniej stosowaną metodą czyszczenia laserowego, która wykorzystuje wiązkę lasera do bezpośredniego naświetlania powierzchni przedmiotu obrabianego w celu usunięcia cząstek i folii.

Podstawowa zasada laserowego czyszczenia na sucho polega na tym, że po napromieniowaniu cząstek i podłoża materiału przez laser, zaabsorbowana energia świetlna jest natychmiast przekształcana w energię cieplną, powodując natychmiastową rozszerzalność cieplną cząstek lub podłoża lub obu jednocześnie. w tym samym czasie, a przyspieszenie generowane jest natychmiast pomiędzy cząstkami a podłożem. Siła generowana przez przyspieszenie pokonuje siłę adsorpcji pomiędzy cząstką a podłożem i powoduje ucieczkę cząstki z powierzchni podłoża.

Zgodnie z różnymi metodami absorpcji laserowego czyszczenia na sucho, laserowe czyszczenie na sucho można głównie podzielić na dwie następujące formy:

1. Dla cząstek pyłu o temperaturze topnienia wyższej niż materiał bazowy (lub z dużą różnicą w szybkości absorpcji lasera): Napromieniowanie laserem absorpcyjnym cząstek jest w tym momencie silniejsze niż absorpcja podłoża (a) lub odwrotnie (b). energia światła lasera absorpcyjnego cząstek zamieniona na energię cieplną, powodująca rozszerzalność cieplną cząstki, chociaż wielkość rozszerzalności cieplnej jest bardzo mała, ale rozszerzalność cieplna zachodzi w bardzo krótkim czasie, więc spowoduje ogromne chwilowe przyspieszenie na podłożu, podczas gdy podłoże reaguje na cząstkę. Siła pokonuje siłę wiązania działającą na siebie nawzajem i oddziela cząstki od podłoża. Schemat jest następujący:

2. W przypadku zanieczyszczeń o niskiej temperaturze wrzenia: brud powierzchniowy bezpośrednio pochłania energię lasera, natychmiastowe wrzenie w wysokiej temperaturze odparowuje, a bezpośrednie odparowanie usuwa brud, jak pokazano na poniższym rysunku.

Laserowe czyszczenie na mokro jest również znane jako laserowe czyszczenie parą, w porównaniu z czyszczeniem na sucho, czyszczenie na mokro odbywa się na powierzchni części czyszczącej, na której znajduje się cienka warstwa cieczy lub średniej grubości o grubości kilku mikronów, ciekły film pod wpływem napromieniowania laserowego temperatura warstwy cieczy wzrasta natychmiast i wytwarzają dużą liczbę reakcji zgazowania pęcherzyków. Siła uderzenia generowana przez eksplozję zgazowania pokonuje siłę adsorpcji pomiędzy cząstkami a podłożem. W zależności od cząstki, warstwy cieczy i podłoża współczynnik absorpcji długości fali lasera jest inny, laserowe czyszczenie na mokro można podzielić na trzy typy.

1. Podłoże silnie pochłania energię lasera

Kiedy laser jest naświetlany na podłoże i warstwę cieczy, absorpcja lasera przez podłoże jest znacznie większa niż w przypadku warstwy cieczy, dlatego na styku podłoża i warstwy cieczy występuje zjawisko wybuchowego zgazowania, jak pokazano na poniższym rysunku. Teoretycznie im węższy czas impulsu, tym łatwiej o przegrzanie złącza, co skutkuje większym uderzeniem wybuchowym.

2. Silna absorpcja energii lasera w postaci cieczy

Zasada tego czyszczenia polega na tym, że warstwa cieczy pochłania większość energii lasera, a na powierzchni warstwy cieczy następuje wybuchowe zgazowanie, jak pokazano na poniższym rysunku. W tym momencie skuteczność czyszczenia laserowego nie jest tak dobra, jak absorpcja podłoża, ponieważ siła uderzenia wybuchu działa w tym momencie na powierzchnię filmu cieczy. Kiedy podłoże się wchłania, na przecięciu podłoża i warstwy cieczy pojawiają się bąbelki i eksplozja, a siła uderzenia eksplozji łatwiej jest odepchnąć cząstki od powierzchni podłoża, dzięki czemu efekt czyszczenia absorpcji podłoża jest lepszy.

3. Zarówno podłoże, jak i warstwa cieczy pochłaniają energię lasera

W tym czasie skuteczność czyszczenia jest bardzo niska, po napromieniowaniu laserem warstwy cieczy część energii lasera jest pochłaniana, energia jest rozproszona w całej warstwie cieczy, warstwa cieczy wrze i wytwarza pęcherzyki, a pozostała część energia lasera jest pochłaniana przez podłoże po przejściu przez warstwę cieczy, jak pokazano na rysunku. Ta metoda wymaga większej energii lasera do wytworzenia wrzących pęcherzyków, co może spowodować eksplozję. Zatem ta metoda jest bardzo nieefektywna.

W przypadku stosowania metody absorpcji podłoża do laserowego czyszczenia na mokro, ponieważ większość energii lasera jest pochłaniana przez podłoże, połączenie pomiędzy płynną warstwą a podłożem ulegnie przegrzaniu, a na styku wygenerują się pęcherzyki. W porównaniu z czyszczeniem na sucho, czyszczenie na mokro wykorzystuje siłę uderzenia generowaną przez eksplozję pęcherzyków złącza, aby osiągnąć czyszczenie laserowe. Jednocześnie do ciekłej warstwy można dodać pewną substancję chemiczną, która reaguje chemicznie z cząsteczkami zanieczyszczeń, aby zmniejszyć siłę adsorpcji między cząstkami a materiałem podłoża, aby zmniejszyć próg czyszczenia laserowego. Dlatego czyszczenie na mokro może w pewnym stopniu poprawić skuteczność czyszczenia, ale jednocześnie występują pewne trudności, wprowadzenie ciekłego filmu może prowadzić do nowych zanieczyszczeń, a grubość ciekłego filmu jest trudna do kontrolowania.