בשנים האחרונות, ניקוי לייזר הפך לאחד ממוקדי המחקר החמים בתחום הייצור התעשייתי, והמחקר מכסה את התהליך, התיאוריה, הציוד והיישומים. ביישומים תעשייתיים, טכנולוגיית ניקוי לייזר הצליחה לנקות באופן אמין מספר רב של משטחי מצעים שונים, תוך ניקוי עצמים הכוללים פלדה, אלומיניום, טיטניום, זכוכית וחומרים מרוכבים ועוד, בתעשיות יישומים הכוללות תעופה וחלל, ספנות, רכבות מהירות, רכב, עובש, אנרגיה גרעינית וים ותחומים אחרים.
טכנולוגיית ניקוי בלייזר, שראשיתה בשנות ה-60, מתאפיינת באפקט ניקוי טוב, מגוון רחב של יישומים, דיוק גבוה, חוסר מגע ונגישות. בייצור תעשייתי, ייצור ותחזוקה ובתחומים אחרים, יש לה מגוון רחב של אפשרויות יישומים, והיא צפויה להחליף באופן חלקי או מלא את שיטות הניקוי המסורתיות, ולהפוך לטכנולוגיית הניקוי הירוקה המבטיחה ביותר במאה ה-21.
שיטת ניקוי לייזר
תהליך ניקוי בלייזר הוא מורכב מאוד, הכולל מגוון מנגנוני הסרת חומרים. בשיטת ניקוי לייזר, תהליך הניקוי עשוי להתקיים בו זמנית במגוון מנגנונים, הנובעים בעיקר מהאינטראקציה בין הלייזר לחומר, כולל אבלציה, פירוק, יינון, התכה, בעירה, אידוי, רטט, התזה, התפשטות, הצטמקות, פיצוץ, קילוף, נשירה ושינויים פיזיקליים וכימיים אחרים של פני החומר.
כיום, שיטות ניקוי לייזר אופייניות הן בעיקר שלוש: ניקוי אבלציה בלייזר, ניקוי לייזר בסיוע סרט נוזלי ושיטות ניקוי גלי הלם בלייזר.
שיטת ניקוי אבלציה בלייזר
המנגנונים המתודולוגיים העיקריים הם התפשטות תרמית, אידוי, אבלציה ופיצוץ פאזה. הלייזר פועל ישירות על החומר שיש להסיר מפני השטח של המצע ותנאי הסביבה יכולים להיות אוויר, גז דליל או ואקום. תנאי ההפעלה פשוטים ונמצאים בשימוש נרחב להסרת מגוון ציפויים, צבעים, חלקיקים או לכלוך. התרשים שלהלן מציג את תרשים התהליך עבור שיטת ניקוי אבלציה בלייזר.
כאשר הלייזר פוגע בפני השטח של החומר, המצע וחומרי הניקוי מתרחשים לראשונה בהתפשטות תרמית. עם העלייה בזמן האינטראקציה של הלייזר עם חומר הניקוי, אם הטמפרטורה נמוכה מסף הקביטציה של חומר הניקוי, רק תהליך הפיזי של חומר הניקוי משתנה. ההבדל בין חומר הניקוי למקדם ההתפשטות התרמית של המצע מוביל ללחץ בממשק, חומר הניקוי מתקפל, נקרע מפני השטח של המצע, סדקים, שברים מכניים, ריסוק רעידות וכו', וחומר הניקוי מוסר באמצעות סילון או מופשט מפני השטח של המצע.
אם הטמפרטורה גבוהה מטמפרטורת סף הגיזוז של חומר הניקוי, יהיו שני מצבים: 1) סף האבלציה של חומר הניקוי נמוך מזה של המצע; 2) סף האבלציה של חומר הניקוי גדול מזה של המצע.
שני המקרים של חומרי ניקוי אלה הם התכה, קוויטציה ואבלציה ושינויים פיזיקוכימיים אחרים. מנגנון הניקוי מורכב יותר, בנוסף להשפעות תרמיות, אך עשוי לכלול גם שבירת קשר מולקולרי בין חומרי ניקוי ומצעים, פירוק או דעיכה של חומרי ניקוי, פיצוץ פאזה, גיזוז, יינון מיידי של חומרי ניקוי ויצירת פלזמה.
(1)ניקוי לייזר בעזרת סרט נוזלי
מנגנון השיטה מורכב בעיקר משכבת נוזל רותחת, אידוי ורעידות, וכו'. השימוש בצורך לבחור את אורך הגל המתאים של הלייזר, כדי לפצות על חוסר לחץ ההשפעה בתהליך ניקוי אבלציה בלייזר, יכול לשמש להסרת חלק מהאובייקטים שקשה יותר לניקוי.
כפי שמוצג באיור למטה, שכבת הנוזל (מים, אתנול או נוזלים אחרים) מכוסה מראש על פני השטח של אובייקט הניקוי, ולאחר מכן משתמשים בלייזר כדי להקרין אותו. שכבת הנוזל סופגת את אנרגיית הלייזר וכתוצאה מכך נוצרת פיצוץ חזק של חומר נוזלי, פיצוץ של נוזל רותח בתנועה מהירה, העברת אנרגיה לחומרי הניקוי על פני השטח, כאשר כוח פיצוץ חולף גבוה מספיק כדי להסיר את הלכלוך על פני השטח ולקבל את מטרות הניקוי.
לשיטת ניקוי לייזר בעזרת סרט נוזלי יש שני חסרונות.
תהליך מסורבל וקשה לשליטה בתהליך.
בשל השימוש בסרט נוזלי, ההרכב הכימי של פני השטח של המצע לאחר ניקוי קל לשינוי וליצירת חומרים חדשים.
(1)שיטת ניקוי מסוג גלי הלם לייזר
גישת התהליך ומנגנון התהליך שונים מאוד משני הראשונים, המנגנון הוא בעיקר הסרת כוח גלי הלם, ניקוי עצמים מורכב בעיקר מחלקיקים, בעיקר להסרת חלקיקים (תת-מיקרון או ננומטרי). דרישות התהליך מחמירות מאוד, הן כדי להבטיח את יכולת יינון האוויר, והן כדי לשמור על מרחק מתאים בין הלייזר למצע כדי להבטיח שפעולת כוח הפגיעה על החלקיקים תהיה גדולה מספיק.
תרשים סכמטי של תהליך ניקוי גלי הלם בלייזר מוצג להלן. הלייזר מקביל לכיוון הירי של פני השטח של המצע, והמצע אינו בא במגע. הזזת חומר העבודה או ראש הלייזר כדי להתאים את מיקוד הלייזר לחלקיק הקרוב לפלט הלייזר, תתרחש תופעת יינון אוויר בנקודת המוקד, וכתוצאה מכך נוצרים גלי הלם, התפשטות כדורית מהירה של גלי הלם, והארכה במגע עם החלקיקים. כאשר מומנט הרכיב הרוחבי של גל ההלם על החלקיק גדול ממומנט הרכיב האורכי וכוח ההידבקות של החלקיק, החלקיק יוסר על ידי גלגול.
טכנולוגיית ניקוי לייזר
מנגנון ניקוי הלייזר מבוסס בעיקר על ספיגת אנרגיית הלייזר על פני השטח של האובייקט, או על אידוי והתנדפות, או התפשטות תרמית מיידית, כדי להתגבר על ספיחה של חלקיקים על פני השטח, כך שהאובייקט יתנתק מפני השטח, ולאחר מכן להשיג את מטרת הניקוי.
לסיכום גס: 1. פירוק אדי לייזר, 2. הסרת לייזר, 3. התפשטות תרמית של חלקיקי לכלוך, 4. ארבעה היבטים של רטט פני השטח של המצע ורטט חלקיקים
בהשוואה לתהליך הניקוי המסורתי, לטכנולוגיית ניקוי לייזר יש את המאפיינים הבאים.
1. זהו ניקוי "יבש", ללא תמיסת ניקוי או תמיסות כימיות אחרות, והניקיון גבוה בהרבה מתהליך הניקוי הכימי.
2. היקף הסרת הלכלוך וטווח המצעים המתאים הוא רחב מאוד, ו
3. באמצעות ויסות פרמטרי תהליך הלייזר, לא ניתן לפגוע במשטח המצע על בסיס הסרה יעילה של מזהמים, והשטח נראה כמו חדש.
4. ניקוי לייזר יכול להיות אוטומטי בקלות.
5. ציוד לייזר לטיהור יכול לשמש לאורך זמן, בעלויות תפעול נמוכות.
6. טכנולוגיית ניקוי לייזר היא: ירוק: תהליך ניקוי, סילוק פסולת הוא אבקה מוצקה, גודל קטן, קל לאחסון, בעצם לא לזהם את הסביבה.
בשנות ה-80, ההתפתחות המהירה של תעשיית המוליכים למחצה הציבה דרישות גבוהות יותר לטכנולוגיית ניקוי חלקיקי זיהום פני השטח של מסכות סיליקון פרוסות. נקודת המפתח היא להתגבר על כוח הספיחה הגדול בין מיקרו-חלקיקים למצע. ניקוי כימי מסורתי, ניקוי מכני וניקוי קולי אינם מסוגלים לעמוד בדרישות אלו. ניקוי לייזר יכול לפתור בעיות זיהום כאלה. מחקרים ויישומים קשורים פותחו במהירות.
בשנת 1987 הוגשה לראשונה בקשת פטנט על ניקוי בלייזר. בשנות ה-90, זאפקה יישמה בהצלחה טכנולוגיית ניקוי לייזר בתהליך ייצור מוליכים למחצה כדי להסיר מיקרו-חלקיקים מפני השטח של המסכה, ובכך הבינה את היישום המוקדם של טכנולוגיית ניקוי הלייזר בתחום התעשייתי. בשנת 1995, חוקרים השתמשו בלייזר TEA-CO2 בהספק 2 קילוואט כדי להשיג בהצלחה ניקוי והסרת צבע מגוף המטוס.
עם כניסתנו למאה ה-21, עם הפיתוח המהיר של לייזרים בעלי פולסים קצרים במיוחד, המחקר והיישום של טכנולוגיית ניקוי לייזר מקומיים וזרים התגברו בהדרגה, תוך התמקדות בפני השטח של חומרי מתכת. יישומים אופייניים בחו"ל כוללים הסרת צבע מגוף המטוס, הסרת שומנים מפני השטח של עובש, הסרת פחמן פנימי במנוע וניקוי פני השטח של חיבורים לפני ריתוך. ניקוי לייזר של מטוס הקרב FG16 על ידי מכון אדיסון לריתוך בארה"ב, כאשר עוצמת הלייזר היא 1 קילוואט, נפח הניקוי הוא 2.36 סמ"ק לדקה.
ראוי לציין כי מחקר ויישום של הסרת צבע בלייזר מחלקים מרוכבים מתקדמים הוא גם תחום חם. להבי המדחף של מסוקי HG53 ו-HG56 של חיל הים האמריקאי, וכן להבי הזנב השטוח של מטוסי הקרב F16 ומשטחים מרוכבים אחרים מומשו ביישומים של הסרת צבע בלייזר, בעוד שיישומים של חומרים מרוכבים בסין במטוסים מאוחרים, כך שמחקר כזה עדיין חסר.
בנוסף, השימוש בטכנולוגיית ניקוי לייזר לטיפול פני השטח של חומר מרוכב CFRP לפני ההדבקה כדי לשפר את חוזק החיבור הוא גם אחד ממוקדי המחקר הנוכחיים. חברת לייזר התאימה את עצמה לקו הייצור של מכוניות אאודי TT כדי לספק ציוד ניקוי לייזר סיב לניקוי פני השטח של שכבת תחמוצת מסגרת הדלת מסגסוגת אלומיניום קלת משקל. חברת Rolls G Royce UK השתמשה בניקוי לייזר לניקוי שכבת תחמוצת על פני השטח של רכיבי מנוע אווירוניים מטיטניום.
טכנולוגיית ניקוי הלייזר התפתחה במהירות בשנתיים האחרונות, בין אם מדובר בפרמטרים של תהליך ניקוי הלייזר ומנגנון הניקוי, במחקר ניקוי עצמים או ביישום המחקר, התקדמות רבה נעשתה. לאחר מחקר תיאורטי רב בטכנולוגיית ניקוי הלייזר, מוקד המחקר שלה מוטה כל הזמן לכיוון יישום המחקר, ויישום תוצאות מבטיחות. בעתיד, טכנולוגיית ניקוי הלייזר להגנה על שרידים תרבותיים ויצירות אמנות תהיה בשימוש נרחב יותר, והשוק שלה יהיה רחב מאוד. עם התפתחות המדע והטכנולוגיה, יישום טכנולוגיית ניקוי הלייזר בתעשייה הופך למציאות, והיקף היישום שלה הולך ונרחב.
חברת Maven, חברת אוטומציה של לייזר, מתמקדת בתעשיית הלייזר כבר 14 שנים. אנו מתמחים בסימון לייזר. יש לנו מכונת ניקוי לייזר לארונות, מכונת ניקוי לייזר לארגזי עגלה, מכונת ניקוי לייזר לתרמילים ומכונת ניקוי לייזר שלוש באחד. בנוסף, יש לנו גם מכונת ריתוך לייזר, מכונת חיתוך לייזר ומכונת חריטה לסימון לייזר. אם אתם מעוניינים במכונה שלנו, אתם מוזמנים לעקוב אחרינו וליצור איתנו קשר.
זמן פרסום: 14 בנובמבר 2022
