Hvad er laserrensning? Mekanismer, fordele og praktiske anvendelser

I industrien og andre områder har traditionelle rengøringsmetoder som kemisk rensning og mekanisk slibning længe domineret. Kemisk rensning vil sandsynligvis generere en stor mængde kemisk affaldsvæske, hvilket forårsager miljøforurening, og der er også risiko for korrosion på nogle præcisionskomponenter. Selvom mekanisk slibning ogsandblæsningkan fjerne overfladesnavs, er det let at beskadige grundmaterialet. Det har en dårlig effekt, når det drejer sig om komponenter af komplekse former, og det vil også producere støvforurening, hvilket udgør en trussel mod operatørernes sundhed. Desuden er det svært at opfylde kravene til høj-præcisionsrengøring. Desuden at forståsammenligning med ultralydsrensningog slibemetoder fremhæver, hvorfor moderne industrier søger præcise,-kontaktløse alternativer.

Med den hurtige udvikling af-avancerede fremstillingsindustrier såsom luft- og rumfart, jernbanetransit og marineskibe bliver kravene til komponentrensning stadig strengere. Store og komplekse komponenter, såsom flymotorindløb, højhastighedstogkarosserier og skibslugedæksler, deres overfladekvalitet påvirker direkte produktets ydeevne og levetid. Kritiske operationer somfør-rengøring af svejseterminal, skimmelfjerning-og præcisionsforberedelse af overflader kræver høj rengøringsnøjagtighed, effektivitet og overfladeintegritet, som traditionelle rengøringsmetoder ikke længere kan opfylde. Disse komponenter er ikke kun store i størrelse og komplekse i form, men har også ekstremt høje krav til rengøringsnøjagtighed, effektivitet og overfladeintegritet. Traditionelle rengøringsmetoder kan ikke længere opfylde udviklingsbehovene i moderne fremstillingsindustrier.

På baggrund af den voksende globale bevidsthed om miljøbeskyttelse står fremstillingsindustrien over for presset for at reducere forureningsemissioner og ressourceforbrug. Som en grøn rengøringsteknologi,laserrensningsteknologihar fordele såsom ingen kemisk forurening, lavt energiforbrug og-kontaktfri rengøring. Det kan effektivt løse miljøproblemerne forårsaget af traditionelle rengøringsmetoder, er i overensstemmelse med strategien for bæredygtig udvikling, og efterspørgslen efter anvendelse på forskellige områder bliver mere og mere presserende.

Laserrensning er en teknologi, der bruger en laserstråle med en høj-energitæthed til at interagere med overfladen af ​​et materiale. Dette bevirker, at snavs, belægninger osv. pilles af eller nedbrydes fra overfladen af ​​underlaget, hvorved formålet med rengøringen opnås.

Laserrensningsprocessen involverer flere fysiske mekanismer, såsom termisk ablation, stressvibrationer, termisk ekspansion, fordampning, faseeksplosion, fordampningstryk og plasmachok. Disse mekanismer arbejder sammen for at adskille objektet, der skal renses, fra underlaget, hvilket opnår den rensende effekt.

I henhold til de forskellige rengøringsmedier kan laserrensning opdeles i laserkørerensning, våd laserrensning og laserchok-bølgerensning.

Laser renseri

Laserrens er i øjeblikket den mest udbredte laserrensningsmetode. Den bruger en laserstråle til direkte at bestråle overfladen af ​​substratet, hvilket får substratet til at gennemgå termisk ekspansion for at overvinde van der Waals-kraften og dermed fjerne snavs.

Laser intensitet:Ændringen i laserenergitæthed påvirker renseeffekten markant. Ved lave energiintensiteter er fordampning og faseeksplosion hovedprocesserne. Ved høje energitætheder spiller fordampningstryk og stødeffekter også ind, og ultra-høj energi kan føre til problemer såsom generering af plasma. Rengøring udføres sædvanligvis ved en relativt lav energitæthed for at beskytte substratet.

Laser bølgelængde:Bølgelængden er relateret til materialets energikobling. Ved korte bølgelængder er fotokemisk ablation dominerende, mens fototermisk ablation er dominerende ved lange bølgelængder. Ydermere påvirker bølgelængden kraft- og temperaturfordelingen mellem partiklerne og substratet og påvirker dermed rensekraften og effektiviteten. Påvirkningen af ​​bølgelængden varierer også for forskellige rengøringsopgaver.

Pulsbredde:Rengøringsmekanismerne for korte-og lange-impulser er forskellige. Lange --impulser har en stærk ablationseffekt, men dårlig selektivitet, mens korte-impulser kan generere høje temperaturer og chokbølger for at fjerne forurenende stoffer med mindre skade. I tilfælde af ultra - korte pulsbredder er "ablations"-mekanismen på arbejde.

Indfaldsvinkel:Når laseren bestråles lodret, kan forurenende partikler blokere laseren. Skråbestråling kan forbedre rengøringseffektiviteten.

Mekanisme for laserrenseri og nøgleparametres indflydelse på rengøringseffekten: a) Mekanisme b) Bølgelængde c) Pulsbredde d) Indfaldsvinkel e) Indfald forfra/bagside

våd laser rengøring

Det opnås ved hjælp af en flydende film. En flydende film er forud-anbragt på overfladen af ​​det emne, der skal rengøres. Når laseren bestråler direkte, opvarmes væsken hurtigt, hvilket genererer en stærk slagkraft og fjerner derved forurenende stoffer på overfladen af ​​substratet.

Mekanisme for våd laserrensning

Laserchok-bølgerensning

Laserchok-bølgerensningsteknologi er opdelt i to kategorier: tør laserchok - bølgerensning og hybrid laserchok-bølgerensning.

Under tør laserchok-bølgerensning fokuseres laseren for at generere et plasma, der påvirker partikler. Dette kan undgå skader forårsaget af direkte bestråling, men der kan være blinde vinkler. Det kan forbedres ved at ændre indfaldsvinklen eller bruge dobbelt-strålerensning.

Hybrid laserchok-bølgerensning omfatter metoder som damp, undervands- og vådt laserchok. Den udnytter de relevante virkninger af væsker til at fjerne snavs. Det er relateret til egenskaber som væskedensitet og har en bred vifte af anvendelser med åbenlyse fordele.

Mekanisme for laserchok-Bølgerens: a) Tørlaserchok-Bølgerens b) Forbedret tørlaserchok-Bølgerens b1) Enkelt - strålelaser b2) Dobbelt-strålelaser c) våd laserchokrensning-.

1. Luftfarts-- Titanium Alloy Oxide Removal

Det har en bemærkelsesværdig effekt at rense oxidfilmen på overfladen af ​​titanlegeringsindsugningskanalen ved at bruge nanosekund-pulslaser. Dens lave termiske effektkarakteristik kan forhindre substratet i sekundær oxidation, hvilket er en bedre rengøringsmetode.

Rensningsmekanisme:
Hovedmekanismen er laserablation. Når laserenergien virker på oxidfilmen, absorberer overfladen en stor mængde energi. Afhængigt af energien ændres ablationsmekanismen, og der dannes forskellige morfologiske strukturer på overfladen.

Når energien er lav, fjernes en del af oxidfilmen med en lille mængde omsmeltet område; når energien er moderat, fjernes oxidfilmen, og skaden er ubetydelig; når energien er for høj, selvom oxidfilmen kan fjernes, vil det forårsage stor skade på underlaget, og der dannes en rillet struktur på overfladen.

Våd rengøringsmekanisme:

Ved en lavere energitæthed er rensemekanismen laser-induceret stødbølge. Ved en højere energitæthed er det primært laserablation og faseeksplosion. Under rengøringsprocessen afkøles titanlegering hurtigt og opvarmes til dannelse af martensitisk titanlegering. Når energitætheden stiger til en vis værdi, bliver overfladen en nano-struktureret fremspringsoverflade, og denne nano-struktur har stor betydning for den efterfølgende anvendelse af titanlegeringsmaterialer.

Laserrensningseffekten og mekanismen af ​​oxidfilmen på overfladen af ​​luftrummets titanlegeringsindtagskanal: a) Overflademorfologi af titanlegering efter rensning b) Hovedmekanisme for laserkørrensning af titanlegeringsoxidfilm c) Hovedmekanisme for laservådrensning af titanlegeringsoxidfilm.

2. Høj-Højhastighedsskinne - Afisolering af bilkarosseri

Malingtykkelse og rengøringsmetode:

Til rensning af maling på-højhastighedsskinnevognskarosserier i aluminium kræver forskellige farver og tykkelser af maling forskellige egnede laserrensningsmetoder.

3000W CW Fiber Laser Rensemaskine

Tynd maling (tykkelse Mindre end eller lig med 40μm): Det er bedre at vælge en laserlyskilde med en lavere malingsabsorptionshastighed og fjerne den gennem termisk vibration;
Tyk maling: Det er nødvendigt at vælge en laserlyskilde med en højere malingsabsorptionshastighed og fjerne den ved hjælp af ablationsmekanismen.

Afisolering af rød maling:
Den vigtigste stripningsmekanisme for rød maling er vibrationsmekanismen.

Under rensningsprocessen trænger laserenergi ind i substratet, og den termiske spænding, der genereres af temperaturstigningen af ​​substratet, får malingen til at falde af, og hele malingslaget kan fjernes, idet den resterende maling på aluminiumslegeringsoverfladen viser et løst net-lignende morfologi.

Fjernelse af blå maling:
Under den samme laserenergiinput er temperaturen af ​​blå maling højere end for rød maling, men den termiske belastning af substratet er lavere end for rød maling. Når malingstemperaturen når kogepunktet, fjernes malingen ved fordampning, og der er også koblede mekanismer som lagrevner, brænding og plasmachok.

Laserrensningseffekt og mekanisme af maling på overfladen af ​​højhastighedsskinne i aluminiumslegering karrosseri: a) Overflademorfologi af aluminiumslegering efter rensning b) Hovedmekanisme til laserkørrensning af blå/rød maling på aluminiumslegeringsoverflade.

3. Skibsbygning - Fjernelse af skrogrust

Rengøring til fjernelse af tørrust
I processen med fjernelse af tør rust for skibsskrog af høj-styrke er den vigtigste fjernelsesmekanisme fordampningen af ​​oxidfilmen på grund af energiabsorption. Når overfladeoxiderne fordamper og fordamper, genereres en nedadgående reaktionskraft, som hjælper med at fjerne tykkere oxidfilm.

Flydende film-Assisteret laserrustfjernelse
Hovedmekanismen for -assisteret laserrustfjernelse af flydende film er faseeksplosionen forårsaget af dråber, der absorberer energi og genererer en slagkraft for at fjerne rustlaget.

Den eksplosive kogende effekt af væskefilmen øger faseeksplosionsmekanismens indvirkning på rustfjernelse, hvilket muliggør bedre fjernelse af overfladeoxidfilm, men den er ikke effektiv til at fjerne oxider, der er begravet dybere.

Forskellige mekanismer til fjernelse af rustlag påvirker strømmen af ​​smeltet metal på overfladen. Det laterale tryk, der genereres ved faseeksplosion, kan fremme strømmen af ​​det smeltede lag, hvilket gør overfladen glattere, mens oxiddampen produceret af fordampningsmekanismen kan påvirke fyldningen af ​​huller med flydende metal.

Laserrensning af rust på overfladen af ​​skibsskrog af høj-stål: a) Overflademorfologi af høj-styrkestål efter rensning b) Hovedmekanismer for lasertør/våd rensning af rust på overfladen af ​​skibsskrog af høj-stål.

4. Marine - Biofouling Fjernelse

Laserparametre og renseeffekt:

Lasere med smalle pulsbredder og høj spidseffekt har en bedre renseeffekt på marine mikroorganismer på aluminiumslegeringsoverflader.

Mekanisme til fjernelse af mikroorganismer:
Laserfjernelsesmekanismerne for laget af ekstracellulære polymere stoffer (EPS) og havbarkelsubstratet er henholdsvis ablationsfordampning og chokbølgestripping. Under multifotonabsorptionsprocessen brydes de enkelte kæder af mikrobielle makromolekyler og nedbrydes for at producere et stort antal atomer. Efter ionisering, under den kombinerede virkning af plasmachok og ablationsmekanismer, kan marine mikroorganismer bedre fjernes.

For organiske stoffer som maling og marine mikroorganismer får fotokemiske reaktioner ved lave laserenergitætheder deres kemiske bindinger til at bryde, hvilket viser sig som forringelse, misfarvning, tab af aktivitet osv. Efterhånden som energitætheden stiger, opstår fænomener som ablation, fordampning, forbrændingsflammer og plasmachok.

For uorganiske stoffer som oxidfilm og rust sker der ingen ændringer ved lave energitætheder, og der sker ablation og fordampning efter energistigningen.

Laserrensningseffekt og mekanisme af marine mikroorganismer på aluminiumslegeringsoverflader.

Pulserende laserrensere har vigtige anvendelser inden for beskyttelse af kulturelle relikvier, der opfylder behovene for ikke-destruktiv og høj-præcisionsrensning af kulturrelikvier, såsom sten, papir og metalgenstande.

200W bærbar pulserende laserrens

Typiske anvendelser af pulserende laserrensning i kulturelle relikvier:

Sten artefakter:

a) Gammel romersk marmor Odysseus-skulptur: a1) Før rengøring a2) Efter rengøring

b) Romersk marmorsarkofag: b1) Før rensning b2) Efter rensning

c) Græske Akropolis Parthenon Temple relief skulpturer

Papir artefakter:
d) Oliemaleri fra det 15.-århundrede "Kristus før Pilatus": d1) Før rengøring d2) Efter rengøring

e) 1800--århundredes moderne oliemaleri "Jagscene": e1) Før rengøring e2) Efter rengøring
 

Metal artefakter:
f) University of Illinois bronzeskulptur: f1) Før rengøring f2) Efter rengøring

g) Sølvjagtriffel: g1) Før rengøring g2) Efter rengøring

h) 1800--århundredes militærguldfletning: h1) Før rengøring h2) Fuldstændig rengjort h3) Over-rengjort

Andre artefakter:
i) 1800--århundredes forgyldte træramme: i1) Før rengøring i2) Efter rengøring

j) Afrikansk rattanmåtte fra det 19.-århundrede: j1) Før rengøring j2) Efter rengøring

k) Ægyptisk glasbeholder: k1) Før rengøring k2) Efter rengøring

Efterhånden som industriel automatisering skrider frem, og miljøbestemmelserne skærpes, erstatter laserrensning hurtigt traditionel slibning, kemisk bad og sandblæsning. Valg af det rigtige lasersystem afhænger af dit målmateriale, rengøringshastighed, laserkraft og mobilitetsbehov. Se vores omfattende guide vedrtjekliste til valg af laserrensemaskinefor at bestemme den bedste effekt og optisk scanneropsætning til din produktionslinje.

Kontakt King's Laser Technical Engineers i dagfor at anmode om en skræddersyet overfladebehandlingsløsning, planlægge en prøverensningstest eller modtage et hurtigt tilbud til dit anlæg!