چه آلاینده‌های صنعتی را می‌توان با دستگاه‌های تمیزکاری لیزری حذف کرد؟

چطور؟ در حال تغییر روش تمیز کردن سطوح هستند. حذف آلاینده‌ها: علم پشت تبخیر لیزری

چگونه فناوری تبخیر لیزری به آلاینده‌های سطحی حمله می‌کند

سیستم‌های تمیزکننده لیزری با استفاده از فناوری ابلاسیون فوتوترمال، گرد و غبار صنعتی را از بین می‌برند. اساس کار این دستگاه‌ها این است که ضربه‌های سریعی از انرژی شدید به مدت ۱۰ تا ۱۰۰ میلیاردم ثانیه تولید می‌کنند که باعث دور شدن آلودگی‌های سطحی بدون آسیب به لایه‌های زیرین می‌شود. موادی مانند زنگ و رنگ‌های قدیمی نور لیزر را در طول موج‌های مشخصی (تقریباً ۱۰۶۰ تا ۱۰۷۰ نانومتر) جذب می‌کنند و به سرعت شدیداً گرم شده و دمایی بین ۸۰۰۰ تا ۱۰۰۰۰ درجه سانتی‌گراد می‌رسند و سپس کاملاً به پلاسما یا گاز تبدیل می‌شوند. محققان گروه تحقیقاتی ابلاسیون لیزری در کار خود در سال ۲۰۲۲ کشف کردند که مواد مختلف به این نوع درمان واکنش‌های متفاوتی نشان می‌دهند که این امکان را فراهم می‌کند تا اپراتورها بتوانند فرآیند را برای حداکثر بهره‌وری و بدون ایجاد آسیب بیش از حد به هر سطح تنظیم کنند.

نوع ماده	آستانه ابلاسیون (J/cm²)	سرعت تبخیر
زنگ/اکسیدها	0.5–1.2	0.2 m²/ساعت
رنگ‌ها	0.8–1.5	0.15 m²/ساعت
فیلم‌های گریس/روغن	0.3–0.7	0.3 متر مربع/ساعت

تعامل بین پالس‌های لیزری و لایه‌های مختلف مواد

این فرآیند از تفاوت در نرخ جذب نور بین آلاینده‌ها و زیرلایه‌ها استفاده می‌کند. به عنوان مثال، زنگ 60 تا 80 درصد از انرژی لیزر 1064 نانومتری را جذب می‌کند، در حالی که فولاد بیش از 70 درصد آن را منعکس می‌کند. این عدم تطابق به اپراتورها اجازه می‌دهد تا پالس‌ها را با فرکانس 10–100 کیلوهرتز هدایت کنند، لایه‌های آلاینده کمتر از 500 میکرومتر ضخامت را نفوذ دهند و در هر مرحله 0.05–0.3 میلی‌متر از آن را لایه به لایه بردارند.

جذب انتخابی: چرا آلاینده‌ها بخار می‌شوند در حالی که زیرلایه‌ها سالم می‌مانند

دستگاه‌های تمیزکننده لیزری از طریق جذب مخصوص به طول موج حذف ایمن زیرلایه را انجام می‌دهند. آلاینده‌هایی مانند بقایای لاستیک 90 درصد از انرژی لیزر الیافی (1060 نانومتر) را جذب می‌کنند، در حالی که فلزات 65 تا 85 درصد آن را منعکس می‌کنند. این گرمایش تفاوتی باعث می‌شود آلاینده‌ها به دمای بخار شدن برسند - بیش از 3500 درجه سانتی‌گراد برای رسوبات کربنی - قبل از اینکه زیرلایه دمایی بالاتر از 150 درجه سانتی‌گراد کسب کند و آلیاژهای حساس به گرما حفظ شوند.

اکسیدهای فلزی و زنگ: حذف کارآمد مبتنی بر لیزر از سطوح فولادی

مکانیسم برداشتن زنگ با لیزر از سطوح فولادی و فلزی

سیستم‌های تمیزکاری لیزری با استفاده از فرآیندی به نام فوتواَبلاسیون انتخابی، زنگ و سایر اکسیدهای فلزی را از بین می‌برند. در اصل، این دستگاه‌ها پالس‌های شدید نوری را تابانده و باعث می‌شوند کثیفی و گردوغبار از بین بروند ولی فلز واقعی زیرین بدون تغییر باقی بماند. علم پشت این موضوع هم خیلی جالب است. وقتی به ترکیبات اکسید آهن مانند FeO یا Fe2O3 نگاه می‌کنیم، آن‌ها حدود ۶۰ تا شاید حتی ۸۰ درصد از انرژی لیزر را در طول موج ۱۰۶۴ نانومتر جذب می‌کنند. اما فولاد ساده، بیشتر این انرژی را منعکس می‌کند و بیش از هفتاد درصد از آن را برمی‌گرداند. بعد از این، چیزی که اتفاق می‌افتد، کمی هوشمندانه است. به دلیل این تفاوت در واکنش مواد، این فرآیند به طور طبیعی متوقف می‌شود، همان زمانی که لایه زنگ برداشته شود. بیشتر پوشش‌های زنگی به ضخامت حدود ۰/۱ میلی‌متر، پس از هشت ثانیه در هر متر مربع از سطح به طور کامل از بین می‌روند و چیزی که در زیر باقی می‌ماند دقیقاً همان حالتی را دارد که قبل از شروع درمان داشت.

کارایی مقایسه‌ای: لیزر در مقابل شن‌پاشی برای حذف زنگ

در مقایسه با شن‌پاشی، سیستم‌های لیزری زمان آماده‌سازی سطح را 40٪ کاهش می‌دهند و هزینه‌های دفع ضایعات ساینده را حذف می‌کنند. شن‌پاشی خطر نفوذ دانه‌های ساینده به فلزات نرم را دارد، در حالی که تبخیر لیزری زبری سطح (Ra) را در زیر 1.6 میکرومتر حفظ می‌کند — که برای چسبندگی پوشش‌ها در محیط‌های دریایی ضروری است.

مطالعه موردی: دزآلودگی زنگ در سازه‌های دریایی افزایشی با استفاده از ماشین تمیزکننده لیزری

یک پروژه دریایی افزایشی 95٪ کارایی حذف زنگ از قطعات فولادی کربنی با استفاده از یک لیزر پالسی 500 واتی داشت. اپراتورها قادر به تمیز کردن در سرعت 12 متر مربع در ساعت در محیط‌های نمکی خورنده بودند، بدون ایجاد حفره یا تغییر حرارتی در زیرلایه، که در مقایسه با ابزارهای سوزنی در مناطق حساس دقتی 300٪ بهتر عمل کرد.

رنگ، پوشش‌ها و پلیمرها: لایه‌برداری دقیق با حداقل تأثیر روی زیرلایه

لایه‌برداری غیر مخرب از رنگ‌های چندلایه و پوشش‌های پلیمری

دستگاه‌های تمیزکننده لیزری از جذب انتخابی انرژی استفاده می‌کنند تا لایه‌های رنگ را بدون استفاده از حلال‌ها یا مواد ساینده بخار کنند. لیزر پالسی می‌تواند تا پنج لایه پوشش را به‌طور هم‌زمان بردارد و در فولاد به راندمان برداشت 99.2% دست یابد و از دست دادن صفر لایه فلز پایه در سطح میکرونی را تضمین کند، که عملکردی بهتر از روش‌های سنتی مانند پاک‌کاری با ذرات ماسه‌ای است.

کنترل دقیق در قطعات هوانوردی با استفاده از برداشتن رنگ با لیزر

در صنعت هوانوردی، لیزر باعث از بین رفتن پوشش‌های پلی‌اورتان و اپوکسی از تیغه‌های توربین با دقت 30 میکرونی می‌شود و عملکرد آیرودینامیکی را حفظ می‌کند. این روش غیرتماسی از ایجاد خراش‌های ریز در اثر روش دستی جلوگیری می‌کند و طبق معیارهای صنعتی، نرخ رد قطعات آلومینیومی را 67% کاهش می‌دهد.

چالش‌های مربوط به زیرلایه‌های حساس به گرما در حین فرآیند لیزری

برای پلیمرهای حساس به گرما، مدت زمان پالس کمتر از 15ns از تاب‌خوردگی جلوگیری می‌کند. سیستم‌های جدید از حسگرهای حرارتی در زمان واقعی استفاده می‌کنند و در مقایسه با مدل‌های قبلی، دمای اوج را در حین پردازش مواد مرکب 40% کاهش می‌دهند.

باقی‌مانده‌های آلی و معدنی: روغن، گریس، سرباره جوشکاری و رفع گرد و غبار

تبخیر باقی‌مانده‌های پایه‌های هیدروکربنی از طریق تکنولوژی تمیزکاری لیزری

دستگاه‌های تمیزکاری لیزری روغن و گریس را از طریق تحلیل فوتونی انتخابی گرمایی بردارند، جایی که پالس‌های کوتاه (10–100 نانوثانیه) زنجیره‌های هیدروکربنی را بدون گرم کردن فلز پایه تبخیر می‌کنند. این روش به نرخ‌های برداشت تا 2 متر مربع در ساعت برای لایه‌های ضخیم روغنی می‌رسد که از طریق جذب بیشتر آلاینده‌ها امکان‌پذیر است.

اثربخشی در برداشتن روغن و گریس از قطعات موتور

در نگهداری خودرو، سیستم‌های لیزری 99.7٪ از گریس موتوری سفت‌شده را در محدوده 150–300 وات از بین می‌برند و در مقایسه با روش‌های مبتنی بر حلال که می‌توانند به واشرها آسیب برسانند، عملکرد بهتری دارند. یک مطالعه در سال 2023 نشان داد که میل‌لنگ‌های تمیزشده با لیزر به 60٪ کمتر جلا دوباره نیاز دارند که به طور قابل توجهی مقدار پسماندهای خطرناک را کاهش می‌دهد.

برداشتن سرباره جوشکاری و رنگ‌پریدگی در ساخت فولاد ضدزنگ

اَبلاسیون لیزری سه برابر سریع‌تر از سنباده‌زنی دستی، درزهای جوشکاری را پاک می‌کند و سطوح مقاوم در برابر خوردگی را حفظ می‌کند. با تنظیم روی 1064 نانومتر، سیستم‌ها اکسیدهای آهنی را هدف قرار می‌دهند و سرباره را از بین می‌برند در حالی که زبری سطح Ra کمتر از 0.8 میکرومتر باقی می‌ماند.

پاکسازی ذرات در صنایع هسته‌ای و تولینگ

تاسیسات هسته‌ای از پاکسازی لیزری برای حذف گرد و غبار رادیواکتیو با بدون ضایعات مایع , به عوامل پاکسازی 10´–10µ دست می‌یابند. در تولینگ دقیق، لیزرهای فیبری 50 واتی ذرات میکروسکوپی آلومینایی را از تجهیزات فرزکاری حذف می‌کنند و از آلودگی متقاطع بین نمونه‌ها جلوگیری می‌کنند.

کاربردهای صنعتی خاص: پاک کردن قالب و نگهداری از قطعات با دقت بالا

فرآیند اَبلاسیون لیزری برای حذف آلاینده‌ها مانند قارچ و پلیمرها در تولید لاستیک

اَبلاسیون لیزری به‌صورت انتخابی لایه‌های آلی ایجاد شده روی قالب‌های لاستیکی را بدون اینکه تغییری در دقت ابعادی ایجاد کند، از بین می‌برد. 2023 مجله مهندسی سطح مطالعه نشان داد که لیزر پالسی 99.8٪ از عوامل آزادسازی بر پایه گوگرد را در کمتر از یک دقیقه از بین می‌برد و عملکردی بهتر از حلال‌های شیمیایی که ممکن است باعث متورم شدن زیرلایه‌ها شوند، دارد. طول موج 1064 نانومتر به بقایای پلیمری تیره حمله می‌کند و از سطوح فلزی قالب منعکس می‌شود.

پاکسازی دقیق قالب‌های تزریق بدون فرسایش سطحی

در تولید انبوه، پاکسازی لیزری دقت میکرونی را در نگهداری قالب‌ها حفظ می‌کند. برخلاف روش‌های ساینده که باعث خرابی ابزارها می‌شوند، لیزر‌ها چسب‌ها و پلاستیک‌های کربنیزه شده را با از دست دادن 3 میکرون ماده (بر اساس استاندارد ASTM E2921-21) پاک می‌کنند و هزینه تعویض قالب‌ها را در کارخانه‌های خودرو تا 70٪ کاهش می‌دهند.

مطالعه موردی: برداشتن پوشش پلی‌ایمید در الکترونیک هوانوردی با استفاده از ماشین پاکسازی لیزری

یک کاربرد اخیر در صنعت هوانوردی شامل برداشتن عایق پلی‌ایمید از کانکتورهای ماهواره‌ای بود. استفاده از روش‌های شیمیایی سبب آسیب به تماس‌های طلاکاری شده در ۱۲٪ موارد گردید (گزارش تحلیل خرابی ناسا، ۲۰۲۲). روش پاکسازی با لیزر به‌طور کامل در چرخه‌های ۴۵ ثانیه‌ای پوشش را بدون آسیب به زیرلایه برداشت و امکان استفاده مجدد از ماژول‌های RF به ارزش ۱۸ هزار دلار به ازای هر واحد را فراهم کرد.

‫سوالات متداول‬

ابراز فوتونی گرمایی در پاکسازی لیزری چیست؟

ابراز فوتونی گرمایی فرآیندی است که دستگاه‌های پاکسازی لیزری برای حذف آلاینده‌ها بدون آسیب به سطح زیرین از آن استفاده می‌کنند. این فرآیند شامل ارسال پالس‌های کوتاه و شدید انرژی است که سبب گرم شدن و تجزیه مواد سطحی به پلاسما یا گاز می‌شود.

دستگاه‌های پاکسازی لیزری چگونه به‌طور خاص آلاینده‌ها را هدف قرار می‌دهند؟

دستگاه‌های پاکسازی لیزری از جذب مخصوص به طول موج برای هدف قرار دادن آلاینده‌ها استفاده می‌کنند. مواد مختلف نور لیزر را به‌صورت متفاوتی جذب می‌کنند که این امر امکان تبخیر مواد ناخواسته را فراهم می‌کند، در حالی که سایر مواد بی‌آسیب باقی می‌مانند.

مزایای پاکسازی لیزری نسبت به روش‌های سنتی مانند شن‌پاشی چیست؟

تمیز کردن با لیزر سریع‌تر است و هزینه‌های دفع پسماند را در مقایسه با روش‌های سنتی مانند شن‌پاشی کاهش می‌دهد. همچنین این روش از جاسازی ذرات ساینده در مواد نرم‌تر جلوگیری می‌کند و زبری لازم برای چسبندگی پوشش را حفظ می‌کند.

آیا ماشین‌های تمیزکننده لیزری می‌توانند چندین لایه رنگ یا پوشش را پردازش کنند؟

بله، ماشین‌های تمیزکننده لیزری می‌توانند چندین لایه رنگ یا پوشش را به‌صورت هم‌زمان بردارند و بازدهی بالایی در حذف داشته باشند، بدون اینکه خسارت قابل توجهی به زیرلایه وارد شود.

تمیز کردن با لیزر چه تأثیری روی زیرلایه‌های حساس به گرما دارد؟

سیستم‌های لیزری مدرن از مدت زمان پالس کوتاه و حسگرهای حرارتی در زمان واقعی برای جلوگیری از گرمای بیش‌ازحد و آسیب به زیرلایه‌های حساس به گرما در حین فرآیند تمیز کردن استفاده می‌کنند.