Máy làm sạch laser chính xác: Những kẻ phá vỡ trong vệ sinh công nghiệp
Sản xuất cao cấp và tiết kiệm năng lượng và giảm phát thải ngày càng có nhu cầu cấp thiết về các quy trình tiên tiến. Về mặt xử lý bề mặt công nghiệp, cần phải nâng cấp toàn diện công nghệ và quy trình. Các quy trình làm sạch công nghiệp truyền thống như làm sạch ma sát cơ học, làm sạch ăn mòn hóa học, làm sạch va đập mạnh, làm sạch siêu âm tần số cao không chỉ có chu kỳ làm sạch dài mà còn khó tự động hóa, có tác động có hại đến môi trường và không đạt được hiệu quả làm sạch mong muốn. Nó không thể đáp ứng tốt nhu cầu xử lý tinh.
Tuy nhiên, với những mâu thuẫn ngày càng nổi bật giữa bảo vệ môi trường, hiệu quả cao và độ chính xác cao, các phương pháp vệ sinh công nghiệp truyền thống đang bị thách thức rất lớn. Đồng thời, nhiều công nghệ vệ sinh có lợi cho bảo vệ môi trường và phù hợp với các bộ phận trong lĩnh vực hoàn thiện siêu việt đã xuất hiện, trong đó có công nghệ vệ sinh bằng laser.
Khái niệm làm sạch bằng laser
Làm sạch bằng laser là công nghệ sử dụng tia laser tập trung tác động lên bề mặt vật liệu để nhanh chóng làm bay hơi hoặc bóc tách các chất bẩn trên bề mặt, để làm sạch bề mặt vật liệu. So với các phương pháp làm sạch vật lý hoặc hóa học truyền thống khác, làm sạch bằng laser có các đặc điểm là không tiếp xúc, không vật tư tiêu hao, không ô nhiễm, độ chính xác cao, không hư hỏng hoặc hư hỏng nhỏ, là sự lựa chọn lý tưởng cho công nghệ làm sạch công nghiệp thế hệ mới.
Nguyên lý hoạt động của máy làm sạch bằng laser
Nguyên tắc của máy làm sạch laser phức tạp hơn, và có thể bao gồm cả quá trình vật lý và hóa học. Trong nhiều trường hợp, quá trình vật lý là quá trình chính, kèm theo một số phản ứng hóa học. Các quá trình chính có thể được phân loại thành 3 loại, bao gồm quá trình khí hóa, quá trình sốc và quá trình dao động.
Quy trình khí hóa
Khi chiếu tia laser năng lượng cao vào bề mặt vật liệu, bề mặt hấp thụ năng lượng laser và chuyển thành năng lượng bên trong, do đó nhiệt độ bề mặt tăng nhanh và đạt trên nhiệt độ bay hơi của vật liệu, do đó các chất ô nhiễm được tách khỏi bề mặt vật liệu dưới dạng hơi nước. Sự bay hơi có chọn lọc thường xảy ra khi tốc độ hấp thụ ánh sáng laser của các chất gây ô nhiễm bề mặt cao hơn đáng kể so với tốc độ của chất nền. Một trường hợp ứng dụng điển hình là làm sạch bụi bẩn trên bề mặt đá. Như thể hiện trong hình dưới đây, các chất ô nhiễm trên bề mặt đá có khả năng hấp thụ mạnh của tia laser và nhanh chóng bị bay hơi. Khi các chất ô nhiễm được loại bỏ và chiếu tia laser vào bề mặt đá, khả năng hấp thụ yếu, nhiều năng lượng laser bị bề mặt đá phân tán, nhiệt độ bề mặt đá thay đổi nhỏ và bề mặt đá được bảo vệ khỏi hư hại.
Một quá trình điển hình dựa trên hóa chất xảy ra khi một tia laser trong dải cực tím được sử dụng để làm sạch các chất gây ô nhiễm hữu cơ, được gọi là quá trình phá hủy bằng laser. Tia laser cực tím có bước sóng ngắn và năng lượng photon cao. Ví dụ, tia laser excimer KrF có bước sóng 248 nm và năng lượng photon cao tới 5 eV, cao hơn 40 lần so với CO2 năng lượng photon laser (0.12 eV). Năng lượng photon cao như vậy đủ để phá hủy các liên kết phân tử của chất hữu cơ, do đó CC, CH, CO, v.v. trong các chất ô nhiễm hữu cơ bị phá vỡ sau khi hấp thụ năng lượng photon của laser, dẫn đến khí hóa nhiệt phân và loại bỏ khỏi bề mặt.
Quá trình sốc
Quá trình xung kích là một loạt các phản ứng xảy ra trong quá trình tương tác giữa tia laser và vật liệu, sau đó sóng xung kích được hình thành trên bề mặt vật liệu. Dưới tác động của sóng xung kích, các chất gây ô nhiễm bề mặt bị phá vỡ và trở thành bụi hoặc mảnh vụn bong ra khỏi bề mặt. Có nhiều cơ chế gây ra sóng xung kích, bao gồm plasma, hơi nước và sự giãn nở và co lại nhanh chóng vì nhiệt. Lấy sóng xung kích plasma làm ví dụ, có thể hiểu sơ qua về cách quá trình xung kích trong quá trình làm sạch bằng laser loại bỏ các chất gây ô nhiễm bề mặt. Với ứng dụng của laser có độ rộng xung cực ngắn (ns) và công suất đỉnh cực cao (107–1010 W/cm2), nhiệt độ bề mặt vẫn sẽ tăng mạnh ngay cả khi bề mặt hấp thụ tia laser nhẹ, đạt đến nhiệt độ bay hơi ngay lập tức. Phía trên, hơi hình thành phía trên bề mặt vật liệu, như thể hiện ở (a) trong hình sau. Nhiệt độ của hơi có thể đạt tới 104 - 105 K, có thể ion hóa chính hơi hoặc không khí xung quanh để tạo thành plasma. Plasma sẽ ngăn tia laser tiếp cận bề mặt vật liệu và quá trình bốc hơi bề mặt vật liệu có thể dừng lại, nhưng plasma sẽ tiếp tục hấp thụ năng lượng laser và nhiệt độ sẽ tiếp tục tăng, hình thành trạng thái cục bộ của nhiệt độ cực cao và áp suất cao, tạo ra 1-100 kbar tức thời trên bề mặt vật liệu. Tác động được truyền dần vào bên trong vật liệu, như thể hiện trong Hình (b) và (c) bên dưới. Dưới tác động của sóng xung kích, các chất gây ô nhiễm bề mặt bị vỡ thành bụi, hạt hoặc mảnh vụn nhỏ. Khi laser di chuyển ra khỏi vị trí chiếu xạ, plasma biến mất và áp suất âm được tạo ra cục bộ và các hạt hoặc mảnh vụn của chất gây ô nhiễm được loại bỏ khỏi bề mặt, như thể hiện trong Hình (d) bên dưới.
Quá trình dao động
Dưới tác động của các xung ngắn, quá trình gia nhiệt và làm mát vật liệu diễn ra cực kỳ nhanh chóng. Do các vật liệu khác nhau có hệ số giãn nở nhiệt khác nhau, dưới sự chiếu xạ của tia laser xung ngắn, các chất gây ô nhiễm bề mặt và chất nền sẽ trải qua quá trình giãn nở và co lại nhiệt tần số cao ở các mức độ khác nhau, dẫn đến dao động, khiến các chất gây ô nhiễm bong ra khỏi bề mặt vật liệu. Trong quá trình bong tróc này, vật liệu có thể không bốc hơi và không tạo ra plasma. Thay vào đó, lực cắt hình thành tại giao diện của chất gây ô nhiễm và chất nền dưới tác động của dao động phá hủy liên kết giữa chất gây ô nhiễm và chất nền. . Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng khi góc tới của tia laser tăng nhẹ, sự tiếp xúc giữa tia laser và hạt ô nhiễm và giao diện chất nền có thể tăng lên, ngưỡng làm sạch bằng tia laser có thể giảm xuống, hiệu ứng dao động rõ ràng hơn và hiệu quả làm sạch cao hơn. Tuy nhiên, góc tới không được quá lớn. Góc tới quá lớn sẽ làm giảm mật độ năng lượng tác dụng lên bề mặt vật liệu và làm suy yếu khả năng làm sạch của tia laser.
Ứng dụng công nghiệp của máy làm sạch bằng laser
Khuôn công nghiệp
Máy làm sạch bằng tia laser có thể thực hiện việc làm sạch khuôn không tiếp xúc, rất an toàn cho bề mặt khuôn, có thể đảm bảo độ chính xác và có thể làm sạch các hạt bụi bẩn có kích thước dưới micron mà các phương pháp làm sạch thông thường không thể loại bỏ, để đạt được hiệu quả làm sạch thực sự không gây ô nhiễm, hiệu quả và chất lượng cao.
Công nghiệp dụng cụ chính xác
Ngành công nghiệp máy móc chính xác thường cần loại bỏ este và dầu khoáng dùng để bôi trơn và chống ăn mòn khỏi các bộ phận, thường là về mặt hóa học, và việc làm sạch bằng hóa chất thường để lại cặn. Quá trình khử este bằng laser có thể loại bỏ hoàn toàn este và dầu khoáng mà không làm hỏng bề mặt của các bộ phận. Tia laser thúc đẩy quá trình khí hóa bùng nổ của lớp oxit mỏng trên bề mặt bộ phận để tạo thành sóng xung kích, dẫn đến việc loại bỏ các chất gây ô nhiễm thay vì tương tác cơ học.
Ngành đường sắt
Hiện nay, tất cả các công đoạn vệ sinh trước khi hàn của ray đều sử dụng loại vệ sinh mài bánh xe và mài đai, gây hư hỏng nghiêm trọng cho nền và ứng suất dư nghiêm trọng, tiêu thụ rất nhiều vật tư tiêu hao của bánh xe mài mỗi năm, tốn kém và gây ô nhiễm bụi nghiêm trọng cho môi trường. Vệ sinh bằng laser có thể cung cấp công nghệ vệ sinh xanh hiệu quả và chất lượng cao cho sản xuất đường ray cao tốc của đất nước tôi, giải quyết các vấn đề trên, loại bỏ các khuyết tật hàn như lỗ ray liền mạch và các đốm xám, đồng thời cải thiện tính ổn định và an toàn cho hoạt động đường sắt cao tốc của đất nước tôi.
Ngành công nghiệp hàng không
Bề mặt máy bay cần được sơn lại sau một thời gian nhất định, nhưng lớp sơn cũ ban đầu cần được loại bỏ hoàn toàn trước khi sơn. Ngâm/lau hóa chất là phương pháp tẩy sơn chính trong lĩnh vực hàng không. Phương pháp này tạo ra một lượng lớn chất thải phụ trợ hóa học và không thể thực hiện bảo dưỡng và tẩy sơn tại chỗ. Quá trình này đòi hỏi khối lượng công việc lớn và có hại cho sức khỏe. Làm sạch bằng laser cho phép loại bỏ lớp sơn chất lượng cao trên bề mặt vỏ máy bay và dễ dàng tự động hóa để sản xuất. Hiện nay, công nghệ làm sạch bằng laser đã được áp dụng để bảo dưỡng một số mẫu máy bay cao cấp.
Công nghiệp tàu thủy
Hiện nay, việc làm sạch tàu trước khi sản xuất chủ yếu áp dụng phương pháp phun cát. Phương pháp phun cát đã gây ô nhiễm bụi nghiêm trọng cho môi trường xung quanh và dần bị cấm, khiến các nhà sản xuất tàu phải giảm bớt, thậm chí đình chỉ sản xuất. Công nghệ làm sạch bằng laser sẽ mang lại giải pháp làm sạch xanh và không gây ô nhiễm cho việc phun chống ăn mòn trên bề mặt tàu.
Vũ khí
Công nghệ làm sạch bằng laser đã được sử dụng rộng rãi trong bảo dưỡng vũ khí. Hệ thống làm sạch bằng laser có thể loại bỏ rỉ sét và chất gây ô nhiễm hiệu quả và nhanh chóng, và có thể chọn bộ phận làm sạch để thực hiện tự động hóa việc làm sạch. Sử dụng làm sạch bằng laser, không chỉ độ sạch cao hơn quy trình làm sạch bằng hóa chất mà còn hầu như không gây hại cho bề mặt của vật thể. Bằng cách thiết lập các thông số khác nhau, máy làm sạch bằng laser cũng có thể tạo thành lớp màng bảo vệ oxit dày đặc hoặc lớp kim loại nóng chảy trên bề mặt của các vật thể kim loại để cải thiện độ bền bề mặt và khả năng chống ăn mòn. Chất thải do laser loại bỏ về cơ bản không gây ô nhiễm môi trường và cũng có thể vận hành ở khoảng cách xa, giúp giảm thiểu hiệu quả thiệt hại cho sức khỏe của người vận hành.
Ngoại thất tòa nhà
Ngày càng có nhiều tòa nhà chọc trời được xây dựng và vấn đề vệ sinh tường ngoài tòa nhà ngày càng trở nên nổi bật. Hệ thống vệ sinh bằng laser làm sạch tường ngoài của tòa nhà thông qua sợi quang. Giải pháp có chiều dài tối đa 70 mét có thể làm sạch hiệu quả nhiều loại chất gây ô nhiễm trên nhiều loại đá, kim loại và kính, hiệu quả của nó cao hơn nhiều so với phương pháp vệ sinh thông thường. Nó cũng có thể loại bỏ các đốm đen và vết bẩn trên nhiều loại đá trong tòa nhà. Thử nghiệm vệ sinh của hệ thống vệ sinh bằng laser trên các tòa nhà và tượng đài bằng đá cho thấy vệ sinh bằng laser có tác dụng tốt trong việc bảo vệ vẻ ngoài của các tòa nhà cổ.
Công nghiệp Điện tử
Ngành công nghiệp điện tử sử dụng tia laser để loại bỏ oxit: Ngành công nghiệp điện tử yêu cầu khử nhiễm có độ chính xác cao, khử oxy bằng laser đặc biệt phù hợp. Các chân linh kiện phải được khử oxy hoàn toàn trước khi hàn bảng để đảm bảo tiếp xúc điện tối ưu và các chân không được bị hỏng trong quá trình khử nhiễm. Làm sạch bằng laser có thể đáp ứng các yêu cầu sử dụng và hiệu quả rất cao, và chỉ cần một lần chiếu laser cho mỗi kim.
Nhà máy điện hạt nhân
Hệ thống làm sạch bằng laser cũng được sử dụng để làm sạch đường ống lò phản ứng trong nhà máy điện hạt nhân. Nó sử dụng sợi quang để đưa chùm tia laser công suất cao vào lò phản ứng để loại bỏ trực tiếp bụi phóng xạ và vật liệu đã được làm sạch dễ dàng để làm sạch. Và vì nó được vận hành từ xa nên có thể đảm bảo an toàn cho nhân viên.
Tổng kết
Ngành sản xuất tiên tiến ngày nay đã trở thành đỉnh cao chỉ huy của cạnh tranh quốc tế. Là một hệ thống tiên tiến trong sản xuất laser, máy làm sạch laser có tiềm năng lớn về giá trị ứng dụng trong phát triển công nghiệp. Phát triển mạnh mẽ công nghệ làm sạch laser có ý nghĩa chiến lược rất quan trọng đối với phát triển kinh tế và xã hội.
Đọc thêm
18 cách tốt nhất để loại bỏ rỉ sét khỏi kim loại
Bạn có thể sử dụng máy làm sạch bằng tia laser, dụng cụ điện hoặc hóa chất để làm sạch các bộ phận kim loại bị gỉ hoặc có thể sử dụng chất tẩy gỉ tự chế để loại bỏ gỉ khỏi các dụng cụ kim loại.
Giá dịch vụ tẩy rỉ sét bằng laser là bao nhiêu?
Máy tẩy gỉ bằng laser có giá dao động từ $3800 đến $52,000 loại, từ máy tẩy rửa công suất thấp đến máy tẩy rửa công suất cao cho đến robot tẩy rỉ sét tự động.
Làm sạch bằng tia laser so với phun cát so với phun đá khô
Điểm giống nhau, khác nhau, ưu điểm và nhược điểm của phương pháp vệ sinh bằng laser, phun cát và phun đá khô là gì? Bài viết này so sánh chi tiết các phương pháp này.
Hướng dẫn thực tế về máy làm sạch laser dành cho người mới bắt đầu
Bạn sẽ hiểu máy làm sạch laser là gì? các tính năng và ưu điểm là gì? nó hoạt động như thế nào? nó được sử dụng để làm gì? nó có giá bao nhiêu? trong blog này. Đây là hướng dẫn thực tế về máy làm sạch laser dành cho người mới bắt đầu.
Laser xung VS Laser CW để vệ sinh và hàn
Sự khác biệt giữa laser sóng liên tục và laser xung trong vệ sinh và hàn là gì? Chúng ta hãy so sánh laser xung và laser CW trong mối nối kim loại, tẩy rỉ sét, tẩy sơn và loại bỏ lớp phủ.
Laser sợi quang là gì? Quang học, Tính năng, Loại, Công dụng, Chi phí
Bạn sẽ hiểu được định nghĩa, tính năng, nguyên lý, loại, quang học, chi phí của laser sợi quang và ứng dụng trong cắt, khắc, đánh dấu, hàn, làm sạch từ bài viết này.