Лазерийн цэвэрлэгээний машин нь ямар материал, гадаргууг цэвэрлэх боломжтой вэ? (1)

Лазерийн цэвэрлэгээний зарчим

Лазерийн цэвэрлэгээ нь импульс хэлбэрийн лазерын цацраг ба материал буюу гадаргуугийн хоорондох удирдлагатай харилцан үйлчлэл дээр суурилдаг. Энэ нь механик хөндлөнгий ойлт, элс, химийн бодис ашиглахгүйгээр исэл, будга, тос, бохирдлын давхаргуудыг арилгадаг. Цэвэрлэх процесс нь фото-термийн болон фото-механикийн гэсэн хоёр үндсэн физик механизм замаар явагдах бөгөөд эдгээр хоёр нь лазерын ажиллагааны параметрүүдээс шалтгаалдаг. Эдгээр зарчмыг сайн ойлгох нь доод давхаргын материал хохирохгүй байх зэрэгцээ цэвэрлэх үр ашгийг хангахад чухал ач холбогдолтой.

Лазерийн цэвэрлэгээний физик механизм

Фото-термийн механизм

Фото-термийн эффект нь сонгомол халаалтанд суурилдаг. Лазерын цацраг гадаргуу дээр унах үед бохирдуулагч давхарга лазерын энергиийг шингээж хурдан хална. Энэ халалт нь дараах зүйлсийг үүсгэж болно:

Давхаргууд хооронд салж задрах үзэгдэлд хүргэх дулааны тэлэлт.

Бохирдуулагчийн уурших эсвэл пиролиз болох.

Хайлж, дахин хатах нь суурь материалтай холбоог сулруулна.

Энэ механизм нь бохирдуулагч нь сонгосон лазерын долгионы уртад суурь болдог материалтай харьцуулахад оптикийн шингээлтийг илүү ихтэй үед хамгийн үр дүнтэй байдаг. Жишээ нь, цэвдэг эсвэл будгаар будсан гадаргуу нь доод түвшний металлтай харьцуулахад инфра улаан туяаг илүү сайн шингээнэ.

Фото-механик механизм

Фото-механик процесст маш богино лазерын импульс (ихэвчлэн пикосекунд эсвэл фемтосекунд) энерги маш хурдан нэмж өгдөг тул дулаан дамжуулах нь хамгийн бага байдаг. Халаахын оронд, хүчтэй энерги дараах зүйлсийг үүсгэдэг:

Бохирдох материал дээрх гадаргууд плазма эсвэл микро-тэсрэлт хурдан үүсэх.

Бохирдох материалыг физик байдлаар зайлуулах чичирхийллийн долгион үүсэх.

Цэвдэг, нүүрстөрөгчийн хуралдалт зэрэг хугарч задардаг давхаргуудад стрессийн хагарал үүсэх.

Энэ механизм нь дулааныг хамгийн ихээр багасгах шаардлагатай мэдрэг суурь эсвэл хуучин үлдэгдэл хадгалах, микроэлектроник гэх мэт хэрэглээнд тохиромжтой.

Гол лазерын параметрүүд

Лазераар цэвэрлэх үр дүнтэй байдал, аюулгүй байдал нь хэд хэдэн лазерын параметрийг зөв тохируулахаас шууд хамаардаг:

Нягтны дэлгэрэнгүй

Лазерын долгионы урт нь бохирдлыг болон суурь материал дээр шингээгдэх энергийн хэмжээг тодорхойлно. Хамгийн түгээмэл ашигладаг долгионы уртуудад дараахь тоонууд орно:

1064 нм (Хэт улаан): Металл болон исэлдүүдэд тохиромжтой.

532 нм (Ногоон): Будаг, будсанд илүү үр дүнтэй.

355 нм эсвэл 248 нм (Хэт ягаан): Органик ба полимер үндэслэлтэй бохирдлоор хамгийн сайн.

Сонгох зорилго бол бохирдолд маш сайн шингэх, гэхдээ суурь материалд муу шингэх долгионы уртыг сонгох явдал юм.

Импульсийн урт

Цахилгаан сарнилын үргэлжлэх хугацаа энерги дамжуулах гүн, хурдад нөлөөлнө:

Наносекундын цахилгаан сарнил: Дунд зэргийн дулааны нөлөөтэй; ерөнхий цэвэрлэгээнд тохиромжтой.

Пикосекунд/Фемтосекундын цахилгаан сарнил: Төвөгтэй нарийвчлалтай, дулааны дамжилт хамгийн бага; мэдрэг гадаргуунуудад илүү тохиромжтой.

Богино цахилгаан сарнил нь дулааны нөлөөллийн бүсийг багасгаж, цэвэрлэх сонголтыг сайжруулна.

Цахилгаан сарнилын энерги болон давталтын хурд

Пульсын энерги (миллижоуль эсвэл жоулейгээр хэмжигдэнэ): Нэг пульс тутамд ямар хэмжээний энерги дамжуулахыг тодорхойлно. Илүү өндөр энерги нь зузаан эсвэл тэсвэртэй давхаргуудыг авах боломжийг олгоно, гэхдээ суурь материалд хохирол учруулах эрсдэлийг нэмэгдүүлнэ.

Давталтын хурд (Гц эсвэл кГц-ээр хэмжигдэнэ): Пульсууд ямар давтамжтай гарч байгааг удирдана. Өндөр давталтын хурд илүү хурдан цэвэрлэх боломжийг олгоно, гэхдээ анхааралтай удирдахгүй бол дулаан хуримтлагдах боломжтой.

Цэгийн хэмжээ ба давхарлалт

Цэгийн хэмжээ нь нарийвчлал ба интенсив чанарыг нөлөөлнө. Жижиг цэгүүд нарийвчилсан ажиллагааг боломж болгодог бол, том цэгүүд илүү өргөн хэсгийг хурдан цэвэрлэдэг.

Давхарлалт гэдэг нь хаждаг пульс нь өмнөхтэйгөө хэрхэн давхцахыг хэлнэ. Цэвэрлэлтийг нэг төрлийн байлгахын тулд ерөнхийдөө 50–90% хооронд давхарладаг. Хэт бага давхарлалт нь золбос үлдээх бол, хэт их нь гадаргууг хэт халууцуулах боломжтой.

Бохирдлын болон суурь материалтай харилцан үйлчлэл

Лазераар цэвэрлэх үндсэн зарчим бол сонгомол устгал юм—суурь материалд хохирол учруулахгүйгээр бохирдлыг арилгах чадвар. Энэ нь дараах зүйлсээс хамаарна:

Шингээлтийн харьцангуй зөрүү: Бохирдлуур нь суурин материалас илүү их лазерын энерги шингээх ёстой.

Дулаан дамжуулалт: Өндөр дулаан дамжуулах чадвартай суурин материал (жишээ нь, зэс, хөнгөн цагаан) дулааныг хурдан тархаах бөгөөд эвдрэл хоносон эрсдэлийг бууруулна.

Нийлэлтийн хүч: Суулгац болгоомжгүй давхаргууд фотомеханик нөлөөгөөр амархан арилгагдах бол хатуу нийлсэн давхаргуудад илүү өндөр энергийн нягт эсвэл олон удаагийн цэвэрлэлт шаардлагатай байж болно.

Лазераар цэвэрлэх аргыг бохирдлын зузаан, найрлага, найралтын хүч, мөн суурин материалийн мэдрэмжинд тохируулан тус бүрт нь анхааралтайгаар тохируулах шаардлагатай.

Лазерийн цэвэрлэгээ нь лазер-материалын харилцан үйлчлэлийн физикийн үндсэн дээр суурилсан маш нарийвчлалтай процесс юм. Хортой бодисыг термийн энерги ашиглан ууршуулах эсвэл механик долгион ашиглан салгах аль ч аргыг хэрэглэж болох бөгөөд энэ арга нь харьцангуй нарийн тавиур сайтай. Энэ аргын амжилт нь тухайн материал тус бүрт тохируулан лазерын параметрүүдийг зохицуулахад оршино. Ингэснээр бохирдлыг хамгийн ихээр арилгаж, гадаргуугийн бүтцийг хадгалж чадна. Гэрэл-термийн болон гэрэл-механикийн механизмийг эзэмшсэн, долгионы урт, пульсын энерги, цэгийн хэмжээ зэрэг параметрүүдийг тохируулснаар лазерийн цэвэрлэгээг өргөн хүрээний үйлдвэрлэл, тусгай зориулалтын хэрэглээнд аюулгүй, үр дүнтэйгээр ашиглаж болно.