ما المواد والأسطح التي يمكن تنظيفها باستخدام آلات التنظيف بالليزر؟(6)

اختيار الليزر والمعلمات العملية المناسبة

التنظيف بالليزر أداة قوية — ولكن فقط عند ضبطها بدقة. تعتمد فعالية وكفاءة وأمان أي عملية تنظيف بالليزر على اختيار وموازنة معلمات الليزر ومسحه بشكل صحيح. تتحكم هذه المتغيرات مباشرةً في كمية الطاقة التي تصل إلى السطح، وكيفية توصيل هذه الطاقة، ومدى جودة تمييز النظام بين الشوائب والطبقة الأساسية.

لتحقيق أفضل النتائج — إزالة قصوى للشوائب مع صفر أو أقل حد ممكن من الضرر في الطبقة الأساسية — من الضروري تخصيص المعلمات الرئيسية التالية حسب المادة المحددة، ونوع الشائبة، وحالة السطح: الطول الموجي، عرض النبضة، الكثافة الطاقية، معدل التكرار، وسرعة المسح.

الطول الموجي

يحدد الطول الموجي لون شعاع الليزر (أو من الناحية الفنية أكثر، مستوى الطاقة) ويؤثر بشكل مباشر على كيفية امتصاص المادة للطاقة.

الأشعة تحت الحمراء (1064 نانومتر، أشعة ليزر من نوع Nd:YAG أو ألياف بصرية): فعالة بالنسبة للمعادن والأكاسيد، حيث تمتص الصدأ أو الشوائب طاقة أكبر مقارنة بالمعادن الأساسية.

الضوء الأخضر (532 نانومتر): يوفر امتصاصًا أفضل في بعض الدهانات والبوليمرات وطلاء لوحات الدوائر المطبوعة.

الأشعة فوق البنفسجية (355 نانومتر، أشعة ليزر إكسيمير): هي الأفضل للمواد العضوية والأغشية الرقيقة والأسطح الحساسة مثل البلاستيك أو الإلكترونيات.

المبدأ الأساسي: اختر طول موجة يتم امتصاصه بكثافة عالية من قبل الشائبة، ولكن باستهلاك ضئيل من قبل المادة الأساسية، مما يضمن إزالة انتقائية.

عرض النبضة (مدة النبضة)

يُعرّف عرض النبضة بمدة استمرار كل نبضة ليزر — ويُقاس عادةً بوحدة النانوثانية (ns)، البيكو ثانية (ps)، أو الفيمتو ثانية (fs). ويحدد سرعة توصيل الطاقة.

الليزر النانوثاني (ns): شائع في التنظيف الصناعي؛ فعال ضد الصدأ والطلاء والتكلس، لكنه قد يتسبب في آثار حرارية طفيفة.

الليزر البيكو ثانية (ps): يوصل الطاقة بشكل أسرع مع انتقال أقل للحرارة إلى المادة الأساسية — وهو مثالي للتطبيقات الدقيقة.

الليزر الفيمتوثانية (fs): نبضات فائقة القِصر تُنتج تأثير التآكل البارد—ممتازة للمواد الحساسة للحرارة أو الأسطح ذات المقياس الميكروني.

تقلل النبضات الأقصر مدةً من انتشار الحرارة، مما يقلل من منطقة التأثير الحراري (HAZ) ويحافظ على سلامة المادة الأساسية، خاصةً على المواد العاكسة أو ذات درجة الانصهار المنخفضة.

الكثافة الطاقية

الكثافة الطاقية هي كمية الطاقة التي تُسلّم لكل وحدة مساحة في كل نبضة (جول لكل سنتيمتر مربع). وهي واحدة من أهم المعايير لتحديد فعالية التنظيف.

كثافة طاقية منخفضة (<1 جول/سم²): قد تكون غير كافية لإزالة الشوائب، أو تنظف فقط المواد ذات الالتصاق الخفيف.

كثافة طاقية معتدلة (1–5 جول/سم²): فعالة ضد معظم الشوائب الشائعة مثل الصدأ والأكاسيد والطلاء.

كثافة طاقية عالية (>5 جول/سم²): ضرورية للطبقات السميكة أو العنيدة، ولكنها تحمل خطر إتلاف المادة الأساسية إذا لم تُضبط بشكل دقيق.

يعتمد التدفق الأمثل على قوة رابطة الملوث والخصائص الحرارية له. تجاوز عتبة التآكل يضمن التنظيف، ولكن لا ينبغي تجاوز عتبة تلف المادة الأساسية.

معدل التكرار (تردد النبضة)

يشير معدل التكرار إلى عدد نبضات الليزر المنبعثة في الثانية، ويُقاس عادةً بالكيلوهرتز (kHz).

معدلات التكرار المنخفضة (<10 كيلوهرتز): طاقة أعلى لكل نبضة ولكن أبطأ في الأداء؛ وتكون مفيدة للتنظيف الدقيق والعميق.

معدلات التكرار العالية (10–200+ كيلوهرتز): تتيح سرعات تنظيف أسرع ولكنها تقلل من طاقة النبضة الفردية؛ وتكون مفيدة للملوثات الخفيفة والتغطية الواسعة المساحة.

العلاقة المتوازنة: يحسّن معدل التكرار الأعلى الإنتاجية ولكنه قد يزيد الحمل الحراري التراكمي. يجب موازنة معدل التكرار مع سرعة المسح وزمن التبريد.

سرعة المسح

سرعة المسح هي المعدل الذي يتحرك به شعاع الليزر عبر السطح، وتقاس عادةً بوحدة مم/ثانية أو م/دقيقة. وهي تؤثر بشكل مباشر على كمية الطاقة التي تُسلَّم إلى منطقة معينة.

سرعات مسح أبطأ: طاقة أكبر لكل وحدة مساحة؛ أفضل للملوثات السميكة أو القوية، ولكن مع خطر أعلى لتسخين المادة الأساسية.

سرعات مسح أسرع: وقت تلامس أقل؛ مثالية للطبقات الرقيقة أو الأسطح ذات القيمة العالية أو المكونات الحساسة قليلة التحمل.

نصيحة للتحسين: يجب أن تتناسب سرعة المسح مع معدل التكرار وتداخل النقاط لضمان تغطية موحدة دون تعريض مفرط.

التنظيف بالليزر لا يقتصر فقط على توجيه الليزر وإطلاقه — بل هو عملية هندسية دقيقة. اختيار التوليفة المناسبة من معلمات الليزر والعملية أمر ضروري لضمان أداء تنظيف عالٍ مع تقليل المخاطر إلى الحد الأدنى.

الطويلة الموجية تتحكم في امتصاص المادة حسب النوع.

عرض النبضة يحكم مدى حدة توصيل الطاقة.

الكثافة تحدد قوة الانخلاع.

معدل التكرار يؤثر على سرعة المعالجة والتراكم الحراري.

سرعة المسح توازن بين توصيل الطاقة وتغطية السطح.

يؤثر كل معلمة على الأخرى. ولأي تطبيق ناجح—سواء كان تنظيف الصدأ من الصلب، أو إزالة الطلاء من الألومنيوم، أو إزالة الطبقة من الخزف—يجب ضبط هذه الإعدادات بعناية بناءً على خصائص المادة، وخصائص الشوائب، والدقة المطلوبة.

عند تهيئتها بشكل صحيح، تصبح عملية التنظيف بالليزر فعالة للغاية، وغير تلامسية، وانتقائية، وملائمة حتى للبيئات الأكثر طلبًا.