چه موادی و سطوحی را می‌توان با دستگاه‌های تمیزکاری لیزری پاک کرد؟ (1)

اصول تمیزکاری لیزری

تمیزکاری با لیزر بر اساس تعامل کنترل‌شده بین تابش لیزر پالسی و سطوح مواد استوار است. این روش لایه‌های ناخواسته مانند اکسیدها، رنگ‌ها، گریس و باقیمانده‌ها را بدون تماس مکانیکی، ساینده یا مواد شیمیایی حذف می‌کند. فرآیند تمیزکاری از طریق دو مکانیزم فیزیکی اصلی انجام می‌شود: اثرات فتو-حرارتی و فتو-مکانیکی، که هر دو تحت تأثیر پارامترهای عملیاتی لیزر قرار دارند. درک عمیق از این اصول برای تضمین کارایی تمیزکاری در عین حفظ یکپارچگی ماده زیرین ضروری است.

مکانیزم‌های فیزیکی تمیزکاری با لیزر

مکانیزم فتو-حرارتی

اثر فتو-حرارتی مبتنی بر گرمایش انتخابی است. هنگامی که پرتو لیزر به سطح برخورد می‌کند، لایه آلاینده انرژی لیزر را جذب کرده و به سرعت گرم می‌شود. این گرما می‌تواند باعث موارد زیر شود:

انبساط حرارتی منجر به لایه‌لایه شدن (دلامینیشن) شود.

تبدیل به بخار یا پیرولیز شدن آلاینده.

ذوب و انجماد مجدد که پیوند به زیرلایه را ضعیف می‌کند.

این مکانیسم زمانی که آلاینده جذب نوری بسیار بالاتری نسبت به زیرلایه در طول‌موج لیزر انتخاب‌شده داشته باشد، مؤثرتر است. به عنوان مثال، زنگ یا رنگ اغلب طول‌موج‌های مادون قرمز را بهتر از فلز پایه جذب می‌کنند.

مکانیسم فوتومکانیکی

در فرآیند فوتومکانیکی، پالس‌های لیزر فوق‌العاده کوتاه (معمولاً پیکوثانیه یا فمتوثانیه) انرژی را به سرعتی بالا منتقل می‌کنند که هدایت حرارتی حداقل می‌شود. به جای گرم کردن، انرژی شدید باعث می‌شود:

تشکیل سریع پلاسما یا انفجارهای ریز در سطح آلاینده.

تولید موج ضربه‌ای که به‌صورت فیزیکی آلاینده‌ها را دور می‌کند.

ترک‌های تنشی در لایه‌های شکننده، مانند خوردگی یا رسوب کربن.

این مکانیسم برای زیرلایه‌های ظریف یا کاربردهایی که باید گرما به حداقل برسد، ایده‌آل است؛ مانند حفاظت از آثار تاریخی یا الکترونیک ریز.

پارامترهای کلیدی لیزر

اثربخشی و ایمنی تمیزکاری لیزری به شدت به تنظیم صحیح چندین پارامتر لیزر بستگی دارد:

طول موج

طول موج لیزر مشخص می‌کند که چه مقدار انرژی توسط آلاینده و زیرلایه جذب می‌شود. طول موج‌های متداول شامل موارد زیر هستند:

1064 نانومتر (مادون قرمز): مناسب برای فلزات و اکسیدها.

532 نانومتر (سبز): مؤثرتر بر روی رنگ‌دانه‌ها و رنگ‌ها.

355 نانومتر یا 248 نانومتر (فرابنفش): بهترین گزینه برای آلاینده‌های آلی و مبتنی بر پلیمر.

هدف انتخاب طول موجی است که توسط آلاینده به خوبی جذب شود، اما توسط زیرلایه به میزان کمی جذب گردد.

مدت زمان پالس

مدت زمان پالس بر عمق و سرعت انتقال انرژی تأثیر می‌گذارد:

پالس‌های نانوثانیه‌ای: اثرات حرارتی متوسط؛ مناسب برای تمیزکاری عمومی.

پالس‌های پیکوثانیه/فمتوثانیه: بسیار دقیق، انتشار حرارتی حداقلی؛ ایده‌آل برای سطوح حساس.

پالس‌های کوتاه‌تر منطقه تحت تأثیر حرارت را کاهش داده و انتخابگری در تمیزکاری را بهبود می‌بخشند.

انرژی پالس و نرخ تکرار

انرژی پالس (اندازه‌گیری شده بر حسب میلی‌ژول یا ژول): مشخص می‌کند که هر پالس چه مقدار انرژی انتقال می‌دهد. انرژی بالاتر می‌تواند لایه‌های ضخیم‌تر یا سفت‌تر را بردارد، اما خطر آسیب به زیرلایه را افزایش می‌دهد.

نرخ تکرار (اندازه‌گیری شده بر حسب هرتز یا کیلوهرتز): تعیین می‌کند که پالس‌ها با چه فراوانی ارسال شوند. نرخ‌های بالاتر امکان تمیزکاری سریع‌تر را فراهم می‌کنند، اما در صورت مدیریت نادرست می‌توانند منجر به تجمع حرارتی شوند.

اندازه لکه و همپوشانی

اندازه لکه بر وضوح و شدت تأثیر می‌گذارد. لکه‌های کوچک‌تر امکان کار دقیق‌تری فراهم می‌کنند، در حالی که لکه‌های بزرگ‌تر مناطق گسترده‌تری را سریع‌تر تمیز می‌کنند.

همپوشانی به میزان همپوشانی هر پالس با پالس قبلی اشاره دارد. معمولاً همپوشانی بین ۵۰ تا ۹۰ درصد است تا تمیزکاری یکنواخت تضمین شود. همپوشانی کم باعث ایجاد خطوط می‌شود؛ همپوشانی زیاد می‌تواند سطح را بیش‌ازحد گرم کند.

تعامل با آلاینده‌ها در مقابل زیرلایه‌ها

اصل مرکزی در تمیزکاری لیزری، تبخیر انتخابی است: این قابلیت که آلاینده‌ها بدون آسیب رساندن به ماده زیرین حذف شوند. این موضوع به عوامل زیر بستگی دارد:

کنتراست جذب: آلاینده باید انرژی لیزر را بهتر از زیرلایه جذب کند.

هدایت حرارتی: زیرلایه‌های با هدایت بالا (مانند مس، آلومینیوم) گرما را به سرعت پراکنده می‌کنند و خطر آسیب را کاهش می‌دهند.

استحکام چسبندگی: لایه‌هایی که به صورت شل متصل شده‌اند، از طریق اثرات فوتومکانیکی راحت‌تر حذف می‌شوند، در حالی که پوشش‌های محکم‌تر ممکن است به شار بالاتر یا چندین عبور نیاز داشته باشند.

تمیزکاری با لیزر باید به دقت برای هر کاربرد تنظیم شود و ضخامت، ترکیب و استحکام پیوند آلاینده و همچنین حساسیت زیرلایه در نظر گرفته شود.

تمیزکاری با لیزر یک فرآیند بسیار کنترلشده است که بر اساس فیزیک تعامل لیزر با مواد می‌باشد. چه از انرژی گرمایی برای تبخیر آلاینده‌ها استفاده شود و چه از موج‌های شوک مکانیکی برای جداسازی آنها، این روش دقت بی‌نظیری ارائه می‌دهد. موفقیت این روش به تنظیم پارامترهای لیزر متناسب با هر ترکیب خاص از مواد بستگی دارد؛ به‌گونه‌ای که حذف آلاینده‌ها به حداکثر رسیده و در عین حال ساختار سطح حفظ شود. با تسلط بر مکانیسم‌های فتو-حرارتی و فتو-مکانیکی و تنظیم پارامترهایی مانند طول موج، انرژی پالس و اندازه لکه، تمیزکاری با لیزر می‌تواند به‌صورت ایمن و مؤثر در طیف وسیعی از کاربردهای صنعتی و تخصصی به کار گرفته شود.