La principo, tipoj kaj aplikoj delasera purigadoteknologio
Lasera purigteknologio estas sukcesa apliko de laserteknologio en la inĝenieristika kampo. Ĝia baza principo estas utiligi la altan energidensecon de lasero por interagi kun la poluaĵoj algluiĝantaj al la substrato de la laborpeco, kaŭzante ilian disiĝon de la substrato en la formo de tuja termika ekspansio, fandado kaj gasvaporiĝo. Lasera purigteknologio karakteriziĝas per alta efikeco, media amikeco kaj energiŝparo. Ĝi estis sukcese aplikita en kampoj kiel pneŭmuldila purigado, aviadilkaroserio-forigo de farbo kaj kultura restaŭrado.
Tradiciaj purigadteknologioj inkluzivasmekanika frikcia purigado(sabloblovada purigado, altprema akvoŝpruca purigado, ktp.), kemia koroda purigado, ultrasona purigado, sekglacia purigado, ktp. Ĉi tiuj purigaj teknologioj estas vaste uzataj en diversaj industrioj. Ekzemple, sabloblovada purigado povas forigi metalajn rustmakulojn, metalsurfacajn bavojn kaj trirezistan vernison sur cirkvitplatoj per elektado de abraziaĵoj kun malsama malmoleco. Kemia koroda purigado estas vaste uzata en la purigado de olemakuloj sur ekipaĵsurfacoj, skalo en kaldronoj kaj naftoduktoj. Kvankam ĉi tiuj purigaj teknologioj estas bone evoluigitaj, ili ankoraŭ havas kelkajn problemojn. Ekzemple, sabloblovada purigado povas facile kaŭzi damaĝon al la traktita surfaco, kaj kemia koroda purigado povas kaŭzi median poluadon kaj korodon de la purigita surfaco se ne manipulata ĝuste. La apero de lasera purigado reprezentas revolucion en la purigadoteknologio. Ĝi utiligas la altan energian densecon, altan precizecon kaj efikan transdonon de lasera energio, kaj havas evidentajn avantaĝojn super tradiciaj purigaj teknologioj rilate al purigada efikeco, purigadoprecizeco kaj purigadoloko. Ĝi povas efike eviti median poluadon kaŭzitan de kemia koroda purigado kaj aliaj purigaj teknologioj, kaj ne kaŭzos damaĝon al la substrato.
Do kio estas lasera purigado? Lasera purigado estas procezo, kie lasera radio estas uzata por forigi materialon de la surfaco de solido (aŭ kelkfoje likvaĵo). Ĉe malalta lasera fluo, la materialo estas varmigita de la sorbita lasera energio kaj vaporiĝas aŭ sublimiĝas. Ĉe alta lasera fluo, la materialo kutime transformiĝas en plasmon. Kutime, lasera purigado rilatas al forigo de materialo uzante pulsajn laserojn, sed se la lasera intenseco estas sufiĉe alta, kontinua onda lasera radio povas esti uzata por ablacii la materialon. La ekscimera lasero de profunda ultraviola lumo estas ĉefe uzata por optika ablacio. La lasera ondolongo uzata por optika ablacio estas proksimume 200 nm. La profundo de sorbado de la lasera energio kaj la kvanto de materialo forigita per ununura lasera pulso dependas de la optikaj ecoj de la materialo, same kiel la lasera ondolongo kaj pulsdaŭro. La tuta maso ablaciita de la celo per ĉiu lasera pulso estas kutime nomata la ablacia rapideco. La skanada rapideco de la lasera radio kaj la kovro de la skanada linio, ktp., signife influos la ablacian procezon.
Tipoj de Lasera Puriga Teknologio
1) Lasera seka purigado: Seka lasera purigado rilatas al la rekta surradiado de la purigata laborpeco per pulsa lasero, kaŭzante ke la bazo aŭ surfacaj poluaĵoj absorbas energion kaj altiĝas en temperaturo, rezultante en termikan ekspansion aŭ termikan vibradon de la bazo, tiel apartigante la du. Ĉi tiu metodo povas esti malglate dividita en du situaciojn: unu estas, ke la surfacaj poluaĵoj absorbas laseran energion kaj ekspansiiĝas; la alia estas, ke la bazo absorbas laseran energion kaj generas termikan vibradon. En 1969, SM Bedair kaj aliaj malkovris, ke diversaj surfacaj traktadmetodoj, kiel varmotraktado, kemia korodo kaj sabloblovado, ĉiuj havas malsamajn malavantaĝojn. Samtempe, la alta energidenseco post lasera fokusado povas ebligi la fenomenon de vaporiĝo de la materiala surfaco, kio ebligas la eblecon de nedetrua purigado de la materiala surfaco. Per eksperimentoj, oni trovis, ke uzante rubenan Q-ŝaltitan laseron kun potencdenseco de 30 MW/cm2 oni povas atingi la purigadon de siliciaj materialaj surfacaj poluaĵoj sen difekti la bazon, kaj por la unua fojo, lasera seka purigado de materialaj surfacaj poluaĵoj estis realigita. La totala indico povas esti esprimita per la indico de malligiĝo de filmtavolaj fragmentoj, jene:
En la formulo, ε reprezentas la laseran pulsan energian indekson, h reprezentas la dikecan indekson de la polua filmtavolo, kaj E reprezentas la elastan modulan indekson de la filmtavolo.
2) Lasera Malseka Purigado: Antaŭ ol la purigota laborpeco estas eksponita al la pulsa lasero, oni aplikas surfacan antaŭ-tegan likvan filmon. Sub la ago de la lasero, la temperaturo de la likva filmo rapide altiĝas kaj vaporiĝas. Dum la vaporiĝo, generiĝas frapa ondo, kiu agas sur la poluaĵajn partiklojn kaj kaŭzas ilian dekroĉiĝon de la substrato. Ĉi tiu metodo postulas, ke la substrato kaj la likva filmo ne reagu unu kun la alia, tiel limigante la gamon da aplikeblaj materialoj. En 1991, K. Imen kaj aliaj traktis la problemon de restaj submikronaj partiklaj poluaĵoj sur la surfacoj de duonkonduktaĵaj obleoj kaj metalaj materialoj post uzado de tradiciaj purigadmetodoj, kaj studis la aplikon de tegado de filmo sur la surfaco de la materiala substrato, kiu povas efike absorbi laseran energion. Poste, uzante CO2-laseron, la filmo absorbis la laseran energion kaj rapide altiĝis en temperaturo kaj bolis, generante eksplodeman vaporiĝon, kiu forigis la poluaĵojn de la substrata surfaco. Ĉi tiu purigmetodo nomiĝas lasera malseka purigado.
3) Lasera Plasma Ŝokonda Purigado: Laseraj plasmaj ŝokondoj generiĝas kiam la lasero surradias la aeran medion kaj kaŭzas la formiĝon de sfera plasma ŝokondo. La ŝokondo agas sur la surfacon de la purigota laborpeco kaj liberigas energion por forigi la poluaĵojn. La lasero ne agas sur la substraton, do ne kaŭzas damaĝon al la substrato. La lasera plasma ŝokonda purigadoteknologio nun povas purigi partiklojn kun diametroj de pluraj dekoj da nanometroj, kaj ne ekzistas limigoj pri la lasera ondolongo. La fizika principo de plasma purigado povas esti resumita jene: a) La lasera radio elsendita de la lasero estas absorbita de la poluaĵtavolo sur la traktita surfaco. b) La granda kvanto da absorbado formas rapide kreskantan plasmon (tre jonigita malstabila gaso) kaj generas frapondon. c) La frapondo kaŭzas la fragmentiĝon kaj forigon de la poluaĵoj. d) La pulsa larĝo de la lumpulso devas esti sufiĉe mallonga por eviti termikan amasiĝon, kiu povus damaĝi la traktitan surfacon. e) Eksperimentoj montris, ke kiam estas oksidoj sur la metala surfaco, plasmo generiĝas sur la metala surfaco. Plasmo estas generita nur kiam la energidenseco superas la sojlon, kiu dependas de la forigita poluaĵtavolo aŭ oksidtavolo. Ĉi tiu sojla efiko estas tre grava por efika purigado, samtempe certigante la sekurecon de la substrata materialo. La aspekto de plasmo ankaŭ havas duan sojlon. Se la energidenseco superas ĉi tiun sojlon, la substrata materialo estos difektita. Por plenumi efikan purigadon, samtempe certigante la sekurecon de la substrata materialo, la laseraj parametroj devas esti adaptitaj laŭ la situacio por certigi, ke la energidenseco de la lumpulso estas strikte inter la du sojloj. En 2001, JM Lee kaj aliaj utiligis la karakterizaĵon, ke altpotencaj laseroj produktas plasmajn ŝokondojn kiam fokusitaj, kaj uzis pulsan laseron kun energidenseco de 2.0 J/cm2 (multe pli alta ol la damaĝsojlo de siliciaj silabplatoj) por surradii paralele al la silicia silabplato, sukcese purigante 1 μm volframajn partiklojn adsorbitajn sur la surfaco de la silicia silabplato. Ĉi tiu purigmetodo nomiĝas lasera plasma ŝokonda purigado, kaj strikte parolante, lasera plasma ŝokonda purigado estas speco de seka lasera purigado. La originala celo de ĉi tiuj tri laseraj purigadteknologioj estis purigi la etajn partiklojn sur la surfaco de duonkonduktaĵaj obleoj. Oni povas diri, ke lasera purigadteknologio aperis kun la disvolviĝo de duonkonduktaĵa teknologio. Tamen, lasera purigadteknologio estis kontinue aplikata al aliaj kampoj, kiel ekzemple purigado de pneŭmuldiloj, forigo de aviadilhaŭta farbo, kaj restarigo de artefakta surfaco. Sub lasera radiado, inerta gaso povas esti blovita sur la substratan surfacon. Kiam la poluaĵoj estas forŝeligitaj de la surfaco, ili estos tuj forblovitaj de la surfaco per la gaso por eviti repoluadon kaj oksidiĝon de la surfaco.
Laapliko de lasera purigteknologio
1) En la duonkondukta kampo, la purigado de duonkonduktaj obletoj kaj optikaj substratoj implikas la saman procezon, kiu estas prilabori la krudmaterialojn en la bezonatajn formojn per tranĉado, muelado, ktp. Dum ĉi tiu procezo, partiklaj poluaĵoj eniras, kiujn malfacilas forigi kaj kaŭzas severajn ripetajn poluadproblemojn. La poluaĵoj sur la surfaco de duonkonduktaj obletoj povas influi la kvaliton de cirkvitplata presado, tiel mallongigante la vivdaŭron de duonkonduktaj ĉipoj. La poluaĵoj sur la surfaco de optikaj substratoj povas influi la kvaliton de optikaj aparatoj kaj tegaĵoj, kaj povas konduki al neegala energidistribuo, mallongigante la vivdaŭron. Ĉar lasera seka purigado emas kaŭzi damaĝon al la substrata surfaco, ĉi tiu purigmetodo estas malpli uzata en la purigado de duonkonduktaj obletoj kaj optikaj substratoj. Lasera malseka purigado kaj lasera plasma ŝokonda purigado havas pli sukcesajn aplikojn en ĉi tiu kampo. Xu Chuanyi kaj aliaj studis la demetadon de mikroskala speciala magneta farbo sur la surfaco de ultra-glataj optikaj substratoj kiel dielektrika filmo, kaj poste uzis pulsan laseron por purigado. La puriga efiko estis bona, kvankam la nombro de malpuraĵaj partikloj po unuo de areo pliiĝis, la grandeco kaj kovra areo de la malpuraĵaj partikloj signife reduktiĝis. Ĉi tiu metodo povas efike purigi la mikroskalajn malpuraĵajn partiklojn sur la surfaco de ultra-glataj optikaj substratoj. Zhang Ping studis la influon de la labordistanco kaj lasera energio sur la puriga efiko de malsamaj partiklaj grandecaj poluaĵoj en lasera plasmopuriga teknologio. La eksperimentaj rezultoj montris, ke por polistirenaj partikloj sur konduktivaj vitraj substratoj, la optimuma labordistanco por energio de 240 mJ estis 1.90 mm. Kiam la lasera energio pliiĝis, la puriga efiko signife pliboniĝis, kaj grandaj partiklaj poluaĵoj estis pli facile purigeblaj.
2) En la kampo de metalaj materialoj, la purigado de surfacoj de metalaj materialoj diferencas de la purigado de duonkonduktaĵaj obleoj kaj optikaj substratoj. La purigotaj poluaĵoj apartenas al la makroskopa kategorio. La poluaĵoj sur la surfaco de metalaj materialoj ĉefe inkluzivas oksidan tavolon (rusttavolon), farbtavolon, tegaĵon kaj aliajn aldonaĵojn, kaj povas esti klasifikitaj en organikajn poluaĵojn (kiel farbtavolo, tegaĵo) kaj neorganikajn poluaĵojn (kiel rusttavolo). La purigado de metalaj surfacaj poluaĵoj celas ĉefe plenumi la postulojn de posta prilaborado aŭ uzo, kiel ekzemple forigi ĉirkaŭ 10 μm da oksida tavolo de la surfaco de titanaj alojpartoj antaŭ veldado, forigi la originalan farbtavolon sur la haŭta surfaco dum gravaj riparoj de aviadiloj por faciligi reŝprucadon, kaj regule purigi la kaŭĉukajn partiklojn alkroĉitajn al la kaŭĉuka pneŭmuldilo por certigi la purecon de la surfaco kaj la kvaliton kaj vivdaŭron de la muldilo. La difektosojlo de metalaj materialoj estas pli alta ol tiu de la laserpuriga sojlo de iliaj surfacaj poluaĵoj. Elektante taŭgan potencan laseron, oni povas atingi pli bonan purigan efikon. Ĉi tiu teknologio estis mature aplikita en iuj kampoj. Wang Lihua et al. studis la aplikon de lasera purigada teknologio en la traktado de oksidaj tavoloj sur la surfacoj de aluminiaj alojoj kaj titanaj alojoj. La esplorrezultoj montris, ke uzante laseron kun energidenseco de 5.1 J/cm2 oni povus purigi la oksidan tavolon sur la surfaco de la aluminia alojo A5083-111H, konservante la bonan kvaliton de la substrato, kaj uzante pulsan laseron kun averaĝa potenco de 100 W skane oni povus efike purigi la oksidan tavolon sur la surfaco de titanaj alojoj kaj plibonigi la malmolecon de la materiala surfaco. Enlandaj kompanioj kiel Ruike Laser, Daqu Laser kaj Shenzhen Chuangxin evoluigis laseran purigadan ekipaĵon, kiu estis vaste uzata por purigi kaŭĉukajn ŝimojn kiel pneŭojn, metalajn rusttavolojn kaj olemakulojn sur la surfaco de komponantoj.
3) En la kampo de kulturaj restaĵoj, la purigado de metalaj kaj ŝtonaj restaĵoj kaj paperaj surfacoj estas necesa por forigi poluaĵojn kiel malpuraĵon kaj inkmakulojn, kiuj aperas sur iliaj surfacoj pro ilia longa historio. Ĉi tiuj poluaĵoj devas esti forigitaj por restaŭri la restaĵojn. Ĉe paperaj verkoj kiel kaligrafio kaj pentraĵoj, kiam stokitaj nedece, ŝimo kreskas sur iliaj surfacoj kaj formas makulojn. Ĉi tiuj makuloj grave influas la originalan aspekton de la papero, precipe por papero kun alta kultura aŭ historia valoro, kio influos ĝian aprezon kaj protekton. Zhao Ying kaj aliaj studis la fareblecon uzi ultraviolan laseron por purigi ŝimmakulojn sur paperaj volvlibroj. La eksperimentaj rezultoj montris, ke uzi laseron kun energidenseco de 3.2 J/mm2 por skani unufoje povus forigi maldikajn makulojn, kaj skani dufoje povus tute forigi la makulojn. Tamen, se la uzata lasera energio estas tro alta, ĝi difektos la paperan volvlibron dum forigo de la makuloj. Zhang Xiaotong kaj aliaj sukcese restaŭris orumitan bronzan restaĵon uzante la laseran vertikalan surradiadan likvafilman metodon. Zhang Licheng kaj aliaj uzis laseran purigadteknologion en la restaŭrado de pentrita ina ceramika statueto el la Han-dinastio. Yuan Xiaodong kaj aliaj... studis la efikon de lasera purigadteknologio en la purigado de ŝtonrestaĵoj kaj komparis la difekton al la grejsa korpo antaŭ kaj post purigado, same kiel la purigajn efikojn de inkmakuloj, fumpoluado kaj farbpoluado.
Konkludo: Lasera purigteknologio estas relative progresinta tekniko, kun larĝaj esplor- kaj aplikaj perspektivoj en altprecizaj kampoj kiel aerspaca, milita ekipaĵo, kaj elektronika kaj elektra inĝenierarto. Nuntempe, lasera purigteknologio estas sukcese aplikata en iuj areoj, danke al sia efika, ekologie amika kaj bonega puriga agado. Ĝiaj aplikaj areoj iom post iom vastiĝas. La disvolviĝo de lasera purigteknologio ne nur mature aplikiĝis en areoj kiel farboforigo kaj rustoforigo, sed ankaŭ en la lastaj jaroj aperis raportoj pri la uzo de lasero por purigi la oksidan tavolon sur metalaj dratoj. La vastiĝo de ekzistantaj aplikaj kampoj kaj la disvolviĝo de novaj kampoj estas la fundamento de la disvolviĝo de lasera purigteknologio. La esplorado kaj disvolviĝo de novaj laseraj purigekipaĵoj kaj la disvolviĝo de novaj laseraj purigekipaĵoj montros diferenciĝon, rezultante en diversaj funkcioj. Estontece, atingi plene aŭtomatan laserpurigadon per kunlaboro kun industriaj robotoj ankaŭ estas atingebla. La disvolviĝa tendenco de lasera purigteknologio estas jena:
(1) Fortigi la esploradon pri lasera purigado-teorio por gvidi la aplikon de lasera purigado-teknologio. Post revizio de granda nombro da dokumentoj, oni trovis, ke ne ekzistas matura teoria sistemo subtenanta laseran purigado-teknologion, kaj la plej multaj studoj baziĝas sur eksperimentoj. Establi teorian sistemon por lasera purigado estas la fundamento por la plia disvolviĝo kaj matureco de lasera purigado-teknologio.
(2) Vastigo de ekzistantaj aplikaj kampoj kaj novaj aplikaj kampoj. Lasera purigadteknologio estis sukcese aplikata en areoj kiel farboforigo kaj rustoforigo, kaj en la lastaj jaroj estis raportoj pri la uzo de lasero por purigi la oksidan tavolon sur metalaj dratoj. La vastiĝo de ekzistantaj aplikaj kampoj kaj la disvolviĝo de novaj kampoj estas fekunda grundo por la disvolviĝo de lasera purigadteknologio.
(3) Esploro kaj disvolviĝo de novaj laseraj purigaj ekipaĵoj. La disvolviĝo de novaj laseraj purigaj ekipaĵoj montros diferencigon. Unu tipo estas ekipaĵo kun certa universaleco kovranta plurajn aplikajn kampojn, ekzemple unu aparato povas samtempe plenumi farboforigajn kaj rustoforigajn funkciojn. La alia tipo estas specialigita ekipaĵo por specifaj bezonoj, kiel ekzemple la dizajnado de specifaj fiksaĵoj aŭ optikaj fibroj por plenumi la funkcion purigi poluaĵojn en malgrandaj spacoj. Per kunlaboro kun industriaj robotoj, plene aŭtomata lasera purigado ankaŭ estas populara aplika direkto.
Afiŝtempo: 17-a de Julio, 2025
