Téhnologi beberesih laserMangrupikeun aplikasi téknologi laser anu suksés dina widang rékayasa. Prinsip dasarna ngamangpaatkeun kapadetan énergi laser anu luhur pikeun ngamungkinkeun interaksi antara sinar laser sareng kontaminan anu napel kana substrat benda kerja. Kontaminan dipisahkeun tina substrat ngalangkungan ékspansi termal instan, lebur, penguapan gas sareng mékanisme sanésna. Kalayan efisiensi anu luhur, ramah lingkungan sareng konservasi énergi, téknologi beberesih laser parantos suksés diterapkeun dina beberesih kapang ban, miceun cet awak pesawat, restorasi sésa budaya sareng widang sanésna.
Téhnologi beberesih tradisional kalebet beberesih gesekan mékanis (sandblasting, beberesih jet cai tekanan tinggi, jsb.), beberesih korosi kimiawi, beberesih ultrasonik, beberesih és garing sareng seueur deui. Téhnologi ieu seueur dianggo di sakumna industri. Salaku conto, sandblasting tiasa miceun bintik karat logam, burr permukaan sareng lapisan konformal dina papan sirkuit ku cara milih abrasif anu béda-béda karasana. Beberesih korosi kimiawi seueur dianggo pikeun miceun kerak minyak permukaan alat, beberesih kerak boiler sareng muka sumbatan pipa minyak. Sanaos parantos dewasa, metode tradisional ngagaduhan kakurangan anu penting: sandblasting gampang ngaruksak permukaan anu dirawat, sareng beberesih korosi kimiawi nyababkeun polusi lingkungan sareng tiasa ngakorosi substrat upami dioperasikeun kalayan henteu leres. Munculna beberesih laser nandakeun révolusi dina téknologi beberesih. Ngagunakeun kapadetan énergi laser anu luhur, presisi sareng transmisi anu efisien, beberesih laser ngaleuwihan metode tradisional dina efisiensi beberesih, presisi sareng posisi. Éta ngaleungitkeun polusi lingkungan tina beberesih kimiawi sareng henteu nyababkeun karusakan kana substrat.
Prinsip-prinsip Pembersihan Laser
Naon sabenerna anu disebut beberesih laser? Ieu nujul kana prosés miceun bahan tina permukaan padet (atanapi sakapeung cair) ngalangkungan iradiasi sinar laser. Dina fluks laser anu handap, énergi laser anu diserep manaskeun bahan, nyababkeun penguapan atanapi sublimasi. Dina fluks laser anu luhur, bahan biasana dirobih janten plasma. Beberesih laser biasana nganggo laser pulsa pikeun miceun bahan, sanaos sinar laser gelombang kontinyu tiasa ngablasi bahan dina inténsitas anu cekap. Laser excimer ultraviolet anu jero, kalayan panjang gelombang sakitar 200 nm, utamina dianggo pikeun fotoablasi.
Jeronaénergi laserpanyerepan sareng jumlah bahan anu dipiceun per pulsa gumantung kana sipat optik bahan, ogé panjang gelombang laser sareng durasi pulsa. Total massa anu diablasi tina target per pulsa dihartikeun salaku laju ablasi. Karakteristik radiasi laser sapertos kecepatan scanning sareng panutupan garis sacara signifikan mangaruhan prosés ablasi.
Jenis-jenis Téhnologi Pembersihan Laser
1) Pembersihan Kering Laser
Pabersihan garing laser ngalibatkeunIradiasi laser pulsa langsung kana benda kerja. Kontaminan atanapi substrat nyerep énergi laser, ningkatkeun suhu na sareng nimbulkeun ékspansi termal atanapi geter termal substrat, anu misahkeun kontaminan tina substrat. Ieu kajadian dina dua skénario: boh kontaminan permukaan nyerep énergi laser sareng ngalegaan, atanapi substrat nyerep énergi sareng ngageter sacara termal.
Dina taun 1969, SM Bedair et al. mendakan yén perlakuan permukaan konvensional (perlakuan panas, korosi kimia, sandblasting) sadayana ngagaduhan watesan. Aranjeunna niténan yén kapadetan énergi anu luhur tina laser anu fokus tiasa nguapkeun bahan permukaan tanpa ngaruksak substrat. Ékspérimén mastikeun yén laser ruby Q-switched kalayan kapadetan kakuatan 30 MW/cm² tiasa ngabersihkeun kontaminan tina permukaan silikon tanpa ngaruksak substrat, nandakeun palaksanaan munggaran tina beberesih garing laser.
Laju beberesih sakabéhna tiasa dikedalkeun ngalangkungan laju ngaleupaskeun runtah pilem, sapertos anu dipidangkeun di handap ieu:
(Rumus: ε—indéks énergi pulsa laser; h—indéks ketebalan pilem kontaminan; E—indéks modulus élastis pilem)
2) Pembersihan Baseuh Laser
Sateuacan iradiasi laser pulsa, pilem cair dilapis heula dina beungeut benda kerja. Énergi laser gancang manaskeun sareng nguapkeun pilem, ngahasilkeun gelombang kejut instan anu misahkeun partikel kontaminan tina substrat. Métode ieu henteu meryogikeun réaksi kimia antara substrat sareng pilem cair, anu ngawatesan bahan anu tiasa dianggo.
Dina taun 1991, K. Imen et al. ngabahas sésa-sésa kontaminan submikron dina wafer semikonduktor sareng logam saatos beberesih konvensional. Aranjeunna ngalapis substrat ku pilem anu nyerep laser sareng nyinari ku laser CO₂. Pilem éta nyerep énergi, dipanaskeun gancang, ngagolak sareng ngalaman penguapan anu ngabeledug, miceun kontaminan permukaan—ieu ngahartikeun beberesih baseuh laser.
3) Pembersihan Gelombang Kejut Plasma Laser
Gelombang kejut plasma laser kabentuk nalika laser ngionisasi hawa jadi gelombang kejut plasma buleud nalika iradiasi. Gelombang kejut ieu nyerang substrat, ngaleupaskeun énergi pikeun miceun kontaminan tanpa ngaruksak substrat (laser henteu langsung berinteraksi sareng substrat). Téhnologi ieu ngabersihkeun partikel anu ukuranana leutik sapertos puluhan nanometer sareng henteu ngawatesan panjang gelombang laser.
Prinsip fisik beberesih plasma diringkeskeun sapertos kieu:
a) Sinar laser diserep ku lapisan kontaminan dina permukaan target.
b) Nyerep énergi anu luhur ngabentuk plasma anu gancang ngembang (gas anu teu stabil anu terionisasi pisan), ngahasilkeun gelombang kejut.
c) Gelombang kejut ngarecah sareng miceun kontaminan.
d) Pulsa laser kudu cukup pondok pikeun nyingkahan akumulasi panas anu ngaruksak substrat.
e) Ékspérimén nunjukkeun plasma kabentuk dina permukaan logam nalika aya oksida.
Pembangkitan plasma ngan ukur lumangsung di luhur ambang kapadetan énergi, anu gumantung kana kontaminan atanapi lapisan oksida anu kedah dipiceun. Aya ambang kadua anu langkung luhur, anu saluareun éta substrat ruksak. Pikeun mastikeun beberesih anu efektif tanpa ngarugikeun substrat, parameter laser kedah disaluyukeun pikeun ngajaga kapadetan énergi pulsa antara dua ambang.
Dina taun 2001, JM Lee et al. ngamangpaatkeun gelombang kejut plasma tina laser anu fokus kana kakuatan tinggi. Laser pulsa kalayan kapadetan énergi 2,0 J/cm² (jauh ngaleuwihan ambang karusakan silikon) nyinari wafer silikon sacara paralel, kalayan suksés miceun partikel tungsten 1 μm. Sacara ketat, beberesih gelombang kejut plasma laser mangrupikeun bagian tina beberesih garing.
Mimitina dikembangkeun pikeun miceun partikel mikroskopis tina wafer semikonduktor, tilu téknologi beberesih laser ieu parantos dimekarkeun pikeun beberesih kapang ban, miceun cet kulit pesawat, restorasi sésa budaya sareng seueur deui. Gas inert tiasa ditiup kana substrat nalika iradiasi laser pikeun langsung miceun kontaminan anu leupas, nyegah kontaminasi ulang sareng oksidasi.
Aplikasi Téhnologi Pembersihan Laser
1) Industri Semikonduktor: Pabersihan Wafer Semikonduktor sareng Substrat Optik
Wafer semikonduktor sareng substrat optik ngalaman léngkah pamrosésan anu sami (motong, ngagiling) pikeun ngabentuk bentuk anu dipikahoyong, ngenalkeun kontaminan partikulat anu hésé dipiceun sareng rentan ka kontaminasi deui. Kontaminan dina wafer ngarusak kualitas percetakan sirkuit sareng ngirangan umur chip. Dina substrat optik, éta ngarusak kinerja alat optik sareng palapis, nyababkeun distribusi énergi anu henteu rata sareng ngirangan umur jasa.
Pabersihan garing laser jarang dianggo di dieu kusabab résiko karusakan substrat, sedengkeun pabersihan baseuh sareng pabersihan gelombang kejut plasma gaduh seueur aplikasi anu suksés. Xu Chuanyi et al. neundeun cet magnét skala mikron salaku pilem dielektrik dina substrat optik ultra-halus, ngahontal pabersihan laser pulsa anu efektif. Sanaos partikel pangotor total ningkat, ukuran sareng jangkauanna turun sacara signifikan. Zhang Ping nalungtik pangaruh jarak kerja sareng énergi laser kana efisiensi pabersihan pikeun partikel anu ukuranana béda-béda. Ékspérimén nunjukkeun laser 240 mJ ngahontal pabersihan partikel polistirena anu optimal dina kaca konduktif dina jarak kerja 1,90 mm. Efisiensi pabersihan ningkat kalayan énergi laser anu langkung luhur, sareng partikel anu langkung ageung langkung gampang dipiceun.
2) Industri Logam: Pembersihan Permukaan Logam
Pabersihan permukaan logam narékahan kontaminan makroskopis: lapisan oksida/karat, cet, palapis sareng lampiran sanésna, dikategorikeun salaku kontaminan organik (cet, palapis) atanapi anorganik (karat). Pabersihan nyumponan sarat pamrosésan/panggunaan salajengna: contona, miceun lapisan oksida kandel 10 μm tina paduan titanium sateuacan dilas, miceun cet tina kulit pesawat pikeun dicét deui, sareng ngabersihkeun sésa karét tina kapang ban pikeun mastikeun kualitas produk sareng umur kapang.
Logam mibanda ambang karusakan anu langkung luhur tibatan ambang beberesih kontaminanna, anu ngamungkinkeun beberesih anu efektif nganggo laser anu dikuatkeun sacara pas. Aplikasi anu parantos dewasa kalebet: Wang Lihua et al. nunjukkeun yén laser 5,1 J/cm² miceun lapisan oksida tina aloi aluminium A5083-111H bari ngajaga kualitas substrat, sareng laser pulsa 100 W sacara efektif ngabersihkeun lapisan oksida aloi titanium sareng ningkatkeun karasana permukaan. Pabrikan domestik (Raycus Laser, Han's Laser, Shenzhen Chuangxin) sacara lega nyayogikeun alat beberesih laser pikeun kapang karét, karat logam sareng miceun sabagian minyak.
3) Konservasi Peninggalan Budaya: Ngabersihkeun Peninggalan Budaya sareng Artefak Kertas
Sésa-sésa budaya logam sareng batu ngumpulkeun kokotor, noda tinta, sareng kokotor sanésna kana waktosna, anu meryogikeun dipiceun pikeun mulangkeun penampilan aslina. Artefak kertas (lukisan, kaligrafi) ngembangkeun kapang sareng plak nalika disimpen kalayan teu leres, anu ngarusak pisan kaayaan sareng nilai budaya/sajarahna.
Zhao Ying et al. ngaverifikasi beberesih laser UV tina plak kapang dina kertas béas: hiji scan dina 3,2 J/mm² miceun plak ipis, sedengkeun dua scan ngahontal panyabutan lengkep; énergi laser anu kaleuleuwihi ngaruksak kertas. Zhang Xiaotong hasil mulangkeun artefak perunggu anu disepuh emas nganggo metode baseuh laser. Zhang Licheng nerapkeun beberesih laser kana patung gerabah awéwé anu dicét ti Dinasti Han. Yuan Xiaodong et al. meunteun éféktivitas beberesih laser pikeun sésa-sésa batu, ngabandingkeun karusakan substrat sareng efisiensi panyabutan pikeun noda tinta, haseup sareng cet dina batu pasir.
Kacindekan
Pabersihan laser mangrupikeun téknologi canggih kalayan prospek panalungtikan sareng aplikasi anu lega dina aerospace, peralatan militer, éléktronika sareng widang presisi tinggi anu sanésna. Asak dina sababaraha industri kusabab efisiensi, ramah lingkungan sareng hasil pabersihan anu unggul, aplikasi na terus dimekarkeun. Salian ti miceun cet sareng karat anu tos aya, kamajuan anyar kalebet pabersihan laser tina lapisan oksida dina kawat logam. Pangwangunan ka hareup gumantung kana ngalegaan aplikasi anu tos aya, lebet kana widang énggal sareng ngainovasi peralatan:
- Nguatkeun panalungtikan téoritis pikeun nungtun aplikasi praktis. Panalungtikan ayeuna ngandelkeun pisan kana ékspérimén, kurangna kerangka téoritis anu dewasa. Ngadegkeun kerangka sapertos kitu penting pisan pikeun kadewasaan téknologi.
- Ngembangkeun aplikasi dina widang anu tos aya sareng anu énggal. Asak dina miceun cet/karat, kagunaan anu muncul kalebet beberesih oksida kawat logam, nyayogikeun lahan subur pikeun kamekaran.
- Ngembangkeun alat beberesih laser anyar, anu dibagi kana alat universal multi-guna (contona, panyabutan cet/karat gabungan) sareng alat khusus (contona, perlengkapan/serat khusus pikeun rohangan sempit). Otomatisasi pinuh ngalangkungan integrasi sareng robot industri mangrupikeun arah anu ngajangjikeun.
Waktos posting: 14 Méi-2026
