Prinsip, jinis sareng aplikasibeberesih lasertéknologi
Téhnologi beberesih laser mangrupikeun aplikasi téknologi laser anu suksés dina widang rékayasa. Prinsip dasarna nyaéta ngamangpaatkeun kapadetan énergi laser anu luhur pikeun berinteraksi sareng kontaminan anu napel kana substrat benda kerja, nyababkeun éta misah tina substrat dina bentuk ékspansi termal instan, lebur, sareng penguapan gas. Téhnologi beberesih laser dicirikeun ku efisiensi anu luhur, ramah lingkungan, sareng konservasi énergi. Éta parantos suksés diterapkeun dina widang sapertos beberesih kapang ban, miceun cet awak pesawat, sareng restorasi sésa budaya.
Téhnologi beberesih tradisional ngawengkubeberesih gesekan mékanis(pabersihan sandblasting, pabersihan jet cai tekanan tinggi, jsb.), pabersihan korosi kimiawi, pabersihan ultrasonik, pabersihan és garing, jsb. Téhnologi pabersihan ieu parantos seueur dianggo di sababaraha industri. Salaku conto, pabersihan sandblasting tiasa miceun bintik karat logam, gerinda permukaan logam, sareng pernis tilu-bukti dina papan sirkuit ku cara milih abrasif anu béda-béda karasana. Téhnologi pabersihan korosi kimiawi seueur dianggo dina pabersihan noda minyak dina permukaan alat, kerak dina boiler, sareng pipa minyak. Sanaos téknologi pabersihan ieu parantos dimekarkeun kalayan saé, aranjeunna masih ngagaduhan sababaraha masalah. Salaku conto, pabersihan sandblasting tiasa gampang nyababkeun karusakan kana permukaan anu dirawat, sareng pabersihan korosi kimiawi tiasa nyababkeun polusi lingkungan sareng korosi permukaan anu dibersihkeun upami henteu diurus kalayan leres. Munculna téknologi pabersihan laser ngagambarkeun révolusi dina téknologi pabersihan. Éta ngamangpaatkeun kapadetan énergi anu luhur, presisi anu luhur, sareng transmisi énergi laser anu efisien, sareng gaduh kaunggulan anu jelas tibatan téknologi pabersihan tradisional dina hal efisiensi pabersihan, presisi pabersihan, sareng lokasi pabersihan. Éta tiasa sacara efektif nyingkahan polusi lingkungan anu disababkeun ku pabersihan korosi kimiawi sareng téknologi pabersihan sanésna, sareng moal nyababkeun karusakan kana substrat.
Jadi naon ari beberesih laser téh? Beberesih laser nyaéta prosés ngagunakeun sinar laser pikeun miceun bahan tina beungeut padet (atawa sakapeung cairan). Dina fluks laser anu handap, bahan éta dipanaskeun ku énergi laser anu diserep teras nguap atanapi nyublim. Dina fluks laser anu luhur, bahan éta biasana robah jadi plasma. Biasana, beberesih laser nujul kana miceun bahan nganggo laser pulsa, tapi upami inténsitas laser cukup luhur, sinar laser gelombang kontinyu tiasa dianggo pikeun ngablasi bahan. Laser excimer tina sinar ultraviolet jero utamina dianggo pikeun ablasi optik. Panjang gelombang laser anu dianggo pikeun ablasi optik nyaéta sakitar 200 nm. Jero panyerepan énergi laser sareng jumlah bahan anu dipiceun ku hiji pulsa laser gumantung kana sipat optik bahan, ogé panjang gelombang laser sareng panjang pulsa. Total massa anu diablasi tina target ku unggal pulsa laser biasana disebut laju ablasi. Kecepatan scanning sinar laser sareng jangkauan garis scanning, jsb., bakal mangaruhan sacara signifikan prosés ablasi.
Jenis-jenis Téhnologi Pembersihan Laser
1) Pabersihan garing laser: Pabersihan laser garing nujul kana iradiasi langsung kana benda kerja pabersih ku laser pulsa, nyababkeun kontaminan dasar atanapi permukaan nyerep énergi sareng ningkatkeun suhu, ngahasilkeun ékspansi termal atanapi getaran termal dasar, sahingga misahkeun duanana. Métode ieu sacara kasar tiasa dibagi kana dua kaayaan: anu kahiji nyaéta kontaminan permukaan nyerep énergi laser sareng ngalegaan; anu kadua nyaéta dasar nyerep énergi laser sareng ngahasilkeun getaran termal. Dina taun 1969, SM Bedair et al. mendakan yén rupa-rupa metode perawatan permukaan sapertos perawatan panas, korosi kimia, sareng pabersihan sandblasting sadayana gaduh kakurangan anu béda. Dina waktos anu sami, kapadetan énergi anu luhur saatos fokus laser tiasa ngajantenkeun fenomena penguapan permukaan bahan mungkin, anu ngamungkinkeun kamungkinan pabersihan non-destruktif permukaan bahan. Ngaliwatan ékspérimén, kapendak yén nganggo laser ruby Q-switched kalayan kapadetan kakuatan 30 MW/cm2 tiasa ngahontal pabersihan kontaminan permukaan bahan silikon tanpa ngaruksak dasar, sareng pikeun anu mimiti, pabersihan garing laser tina kontaminan permukaan bahan direalisasikeun. Laju sakabéhna tiasa dikedalkeun ku laju leupasna fragmen lapisan pilem, sapertos kieu:
Dina rumus éta, ε ngagambarkeun indéks énergi pulsa laser, h ngagambarkeun indéks ketebalan lapisan pilem polutan, sareng E ngagambarkeun indéks modulus élastis lapisan pilem.
2) Pabersihan Baseuh Laser: Sateuacan benda kerja anu bade dibersihkeun kakeunaan laser pulsa, pilem cair pra-palapis permukaan diterapkeun. Dina pangaruh laser, suhu pilem cair naék gancang sareng nguap. Dina momen penguapan, gelombang dampak dihasilkeun, anu meta kana partikel polutan sareng nyababkeun aranjeunna leupas tina substrat. Métode ieu ngabutuhkeun substrat sareng pilem cair henteu silih réaksi, sahingga ngawatesan rentang bahan anu tiasa dianggo. Dina taun 1991, K. Imen et al. ngabahas masalah polutan partikel sub-mikron sésa dina permukaan wafer semikonduktor sareng bahan logam saatos metode beberesih tradisional dianggo, sareng nalungtik aplikasi palapis pilem dina permukaan substrat bahan anu tiasa nyerep énergi laser sacara efisien. Salajengna, nganggo laser CO2, pilem nyerep énergi laser sareng gancang naék suhu sareng ngagolak, ngahasilkeun penguapan anu ngabeledug, anu miceun polutan tina permukaan substrat. Métode beberesih ieu disebut beberesih baseuh laser.
3) Pabersihan Gelombang Kejut Plasma Laser: Gelombang kejut plasma laser dihasilkeun nalika laser nyinari média hawa sareng nyababkeun gelombang kejut plasma buleud kabentuk. Gelombang kejut meta dina permukaan benda kerja anu badé dibersihkeun sareng ngaleupaskeun énergi pikeun miceun polutan. Laser henteu meta dina substrat, ku kituna henteu nyababkeun karusakan kana substrat. Téhnologi pabersihan gelombang kejut plasma laser ayeuna tiasa ngabersihkeun partikel kalayan diaméter sababaraha puluh nanometer, sareng teu aya larangan dina panjang gelombang laser. Prinsip fisik pabersihan plasma tiasa diringkeskeun sapertos kieu: a) Sinar laser anu dipancarkeun ku laser diserep ku lapisan kontaminasi dina permukaan anu dirawat. b) Jumlah panyerepan anu ageung ngabentuk plasma anu gancang ngembang (gas anu teu stabil anu terionisasi pisan) sareng ngahasilkeun gelombang dampak. c) Gelombang dampak nyababkeun polutan fragmén sareng dipiceun. d) Lebar pulsa pulsa cahaya kedah cekap pondok pikeun nyingkahan akumulasi termal anu tiasa ngaruksak permukaan anu dirawat. e) Ékspérimén parantos nunjukkeun yén nalika aya oksida dina permukaan logam, plasma dihasilkeun dina permukaan logam. Plasma ngan dihasilkeun nalika kapadetan énergi ngaleuwihan ambang batas, anu gumantung kana lapisan kontaminasi atanapi lapisan oksida anu dipiceun. Éfék ambang batas ieu penting pisan pikeun beberesih anu efektif bari mastikeun kasalametan bahan substrat. Penampilan plasma ogé gaduh ambang batas kadua. Upami kapadetan énergi ngaleuwihan ambang batas ieu, bahan substrat bakal ruksak. Pikeun ngalaksanakeun beberesih anu efektif bari mastikeun kasalametan bahan substrat, parameter laser kedah disaluyukeun numutkeun kaayaan pikeun mastikeun yén kapadetan énergi pulsa cahaya aya di antara dua ambang batas. Dina taun 2001, JM Lee et al. ngamangpaatkeun ciri yén laser kakuatan tinggi ngahasilkeun gelombang kejut plasma nalika difokuskeun, sareng nganggo laser pulsa kalayan kapadetan énergi 2,0 J/cm2 (jauh langkung luhur tibatan ambang batas karusakan wafer silikon) pikeun nyinaran sajajar sareng wafer silikon, suksés ngabersihkeun 1 μm partikel tungsten anu nyerep dina permukaan wafer silikon. Métode beberesih ieu disebut beberesih gelombang kejut plasma laser, sareng sacara tegas, beberesih gelombang kejut plasma laser mangrupikeun jinis beberesih laser garing. Tujuan awal tina tilu téknologi beberesih laser ieu nyaéta pikeun ngabersihkeun partikel-partikel leutik dina beungeut wafer semikonduktor. Bisa disebutkeun yén téknologi beberesih laser muncul kalawan kamekaran téknologi semikonduktor. Nanging, téknologi beberesih laser terus diterapkeun kana widang séjén, sapertos beberesih kapang ban, miceun cet kulit pesawat, sareng restorasi beungeut artefak. Nalika dina radiasi laser, gas inert tiasa ditiup kana beungeut substrat. Nalika kontaminan dikupas tina beungeut, éta bakal langsung ditiup tina beungeut ku gas pikeun nyingkahan polusi deui sareng oksidasi beungeut.
Theaplikasi téknologi beberesih laser
1) Dina widang semikonduktor, beberesih wafer semikonduktor sareng substrat optik ngalibatkeun prosés anu sami, nyaéta ngolah bahan baku kana bentuk anu diperyogikeun ku cara motong, ngagiling, jsb. Salila prosés ieu, kontaminan partikulat diwanohkeun, anu hésé dipiceun sareng nyababkeun masalah kontaminasi anu parah. Kontaminan dina permukaan wafer semikonduktor tiasa mangaruhan kualitas percetakan papan sirkuit, sahingga ngirangan umur chip semikonduktor. Kontaminan dina permukaan substrat optik tiasa mangaruhan kualitas alat optik sareng palapis, sareng tiasa nyababkeun distribusi énergi anu henteu rata, anu ngirangan umur. Kusabab beberesih garing laser condong nyababkeun karusakan kana permukaan substrat, metode beberesih ieu kirang dianggo dina beberesih wafer semikonduktor sareng substrat optik. Beberesih baseuh laser sareng beberesih gelombang kejut plasma laser gaduh aplikasi anu langkung suksés dina widang ieu. Xu Chuanyi et al. nalungtik déposisi cet magnét khusus skala mikro dina permukaan substrat optik ultra-halus salaku pilem dielektrik, teras nganggo laser pulsed pikeun beberesih. Éfék beberesihna saé, sanaos jumlah partikel pangotor per unit lega ningkat, ukuran sareng lega panutup partikel pangotor turun sacara signifikan. Métode ieu tiasa sacara efektif ngabersihkeun partikel pangotor skala mikro dina permukaan substrat optik anu ultra-halus. Zhang Ping nalungtik pangaruh jarak kerja sareng énergi laser kana pangaruh beberesih tina kontaminan ukuran partikel anu béda dina téknologi beberesih plasma laser. Hasil ékspérimén nunjukkeun yén pikeun partikel polistirena dina substrat kaca konduktif, jarak kerja optimal pikeun énergi 240 mJ nyaéta 1,90 mm. Nalika énergi laser ningkat, pangaruh beberesih ningkat sacara signifikan, sareng kontaminan partikel ageung langkung gampang dibersihkeun.
2) Dina widang bahan logam, beberesih permukaan bahan logam béda ti beberesih wafer semikonduktor sareng substrat optik. Kontaminan anu kedah dibersihkeun kagolong kana kategori makroskopis. Kontaminan dina permukaan bahan logam utamina kalebet lapisan oksida (lapisan karat), lapisan cet, palapis, sareng lampiran sanésna, sareng tiasa diklasifikasikeun kana kontaminan organik (sapertos lapisan cet, palapis) sareng kontaminan anorganik (sapertos lapisan karat). Beberesih kontaminan permukaan bahan logam utamina pikeun minuhan sarat pamrosésan atanapi panggunaan salajengna, sapertos miceun sakitar 10 μm lapisan oksida tina permukaan bagian aloi titanium sateuacan dilas, miceun palapis cet asli dina permukaan kulit nalika perbaikan utama pesawat pikeun ngagampangkeun nyemprot deui, sareng rutin ngabersihkeun partikel karét anu napel kana kapang ban karét pikeun mastikeun kabersihan permukaan sareng kualitas sareng umur kapang. Ambang karusakan bahan logam langkung luhur tibatan ambang beberesih laser kontaminan permukaanna. Ku milih laser kakuatan anu pas, épék beberesih anu langkung saé tiasa kahontal. Téhnologi ieu parantos diterapkeun sacara dewasa dina sababaraha widang. Wang Lihua et al. nalungtik aplikasi téknologi beberesih laser dina pangobatan kulit oksida dina permukaan paduan aluminium sareng paduan titanium. Hasil panalungtikan nunjukkeun yén nganggo laser kalayan kapadetan énergi 5,1 J/cm2 tiasa ngabersihkeun lapisan oksida dina permukaan paduan aluminium A5083-111H bari ngajaga kualitas substrat anu saé, sareng nganggo laser pulsed kalayan kakuatan rata-rata 100 W dina cara scanning tiasa sacara efektif ngabersihkeun lapisan oksida dina permukaan paduan titanium sareng ningkatkeun karasana permukaan bahan. Perusahaan domestik sapertos Ruike Laser, Daqu Laser, sareng Shenzhen Chuangxin parantos ngembangkeun alat beberesih laser anu parantos seueur dianggo pikeun ngabersihkeun kapang karét sapertos ban, lapisan karat logam, sareng noda minyak dina permukaan komponén.
3) Dina widang sésa-sésa budaya, beberesih sésa-sésa logam sareng batu sareng permukaan kertas diperyogikeun pikeun miceun kokotor sapertos kokotor sareng noda tinta anu muncul dina permukaanana kusabab sajarahna anu panjang. Kontaminan ieu kedah dipiceun pikeun mulangkeun sésa-sésa éta. Pikeun karya kertas sapertos kaligrafi sareng lukisan, nalika disimpen kalayan henteu leres, kapang tumbuh dina permukaanana sareng ngabentuk bintik-bintik. Bintik-bintik ieu mangaruhan pisan kana penampilan asli kertas, khususna pikeun kertas anu gaduh nilai budaya atanapi sajarah anu luhur, anu bakal mangaruhan apresiasi sareng panyalindunganana. Zhao Ying et al. nalungtik kamungkinan ngagunakeun laser ultraviolét pikeun ngabersihkeun bintik-bintik kapang dina gulungan kertas. Hasil ékspérimén nunjukkeun yén ngagunakeun laser kalayan kapadetan énergi 3,2 J/mm2 pikeun scan sakali tiasa miceun bintik-bintik ipis, sareng scan dua kali tiasa miceun bintik-bintik sacara lengkep. Nanging, upami énergi laser anu dianggo teuing luhur, éta bakal ngaruksak gulungan kertas nalika miceun bintik-bintikna. Zhang Xiaotong et al. suksés mulangkeun sésa-sésa perunggu anu disepuh emas nganggo metode pilem cair iradiasi vertikal laser. Zhang Licheng et al. ngagunakeun téknologi beberesih laser dina restorasi patung gerabah awéwé anu dicét dina Dinasti Han. Yuan Xiaodong et al. nalungtik pangaruh téknologi beberesih laser dina beberesih sésa-sésa batu sareng ngabandingkeun karusakan kana awak batu pasir sateuacan sareng saatos beberesih, ogé pangaruh beberesih tina noda tinta, polusi haseup, sareng polusi cet.
Kacindekan: Téhnologi beberesih laser mangrupikeun téknik anu kawilang canggih, kalayan panalungtikan sareng prospek aplikasi anu lega dina widang presisi tinggi sapertos aerospace, peralatan militer, sareng rékayasa éléktronik sareng listrik. Ayeuna, téknologi beberesih laser parantos suksés diterapkeun di sababaraha daérah, hatur nuhun kana kinerja beberesih anu efisien, ramah lingkungan, sareng saé pisan. Daérah aplikasi na laun-laun ngalegaan. Kamekaran téknologi beberesih laser henteu ngan ukur diterapkeun sacara dewasa dina widang sapertos miceun cet sareng miceun karat, tapi ogé aya laporan ngeunaan panggunaan laser pikeun ngabersihkeun lapisan oksida dina kawat logam dina sababaraha taun ka pengker. Ékspansi widang aplikasi anu tos aya sareng pamekaran widang énggal mangrupikeun pondasi pamekaran téknologi beberesih laser. Panalungtikan sareng pamekaran alat beberesih laser énggal sareng pamekaran alat beberesih laser énggal bakal nunjukkeun diferensiasi, anu ngahasilkeun rupa-rupa fungsi. Ka hareupna, ngahontal beberesih laser otomatis pinuh ngalangkungan kerjasama sareng robot industri ogé tiasa kahontal. Tren pamekaran téknologi beberesih laser nyaéta sapertos kieu:
(1) Ngaronjatkeun panalungtikan ngeunaan téori beberesih laser pikeun nungtun aplikasi téknologi beberesih laser. Saatos marios sajumlah ageung dokumén, kapendak yén teu aya sistem téoritis anu dewasa anu ngadukung téknologi beberesih laser, sareng kaseueuran panilitian dumasar kana ékspérimén. Ngadegkeun sistem téoritis beberesih laser mangrupikeun pondasi pikeun pamekaran sareng kadewasaan téknologi beberesih laser salajengna.
(2) Ékspansi widang aplikasi anu tos aya sareng widang aplikasi énggal. Téhnologi beberesih laser parantos suksés diterapkeun dina widang sapertos miceun cet sareng miceun karat, sareng aya laporan ngeunaan panggunaan laser pikeun ngabersihkeun lapisan oksida dina kawat logam dina sababaraha taun ka pengker. Ékspansi widang aplikasi anu tos aya sareng pamekaran widang énggal mangrupikeun taneuh anu subur pikeun pamekaran téknologi beberesih laser.
(3) Panalungtikan sareng pamekaran alat beberesih laser énggal. Pangembangan alat beberesih laser énggal bakal nunjukkeun diferensiasi. Hiji jinis nyaéta alat anu universalitasna ngawengku sababaraha widang aplikasi, sapertos hiji alat tiasa sakaligus ngahontal fungsi miceun cet sareng miceun karat. Jenis anu sanésna nyaéta alat khusus pikeun kabutuhan khusus, sapertos ngarancang perlengkapan khusus atanapi serat optik pikeun ngahontal fungsi pikeun ngabersihkeun polusi dina rohangan alit. Ngaliwatan gawé bareng sareng robot industri, beberesih laser otomatis pinuh ogé mangrupikeun arah aplikasi anu populér.
Waktos posting: 17-Jul-2025
