Apakah Bahan dan Permukaan yang Boleh Dibersihkan dengan Mesin Pembersihan Laser?(1)

Prinsip Pembersihan Laser

Pembersihan laser dibina berdasarkan interaksi terkawal antara sinaran laser berdenyut dan permukaan bahan. Ia menghilangkan lapisan yang tidak diingini, seperti oksida, cat, gris, dan sisa, tanpa sentuhan mekanikal, bahan kikis, atau bahan kimia. Proses pembersihan beroperasi melalui dua mekanisme fizikal utama: kesan foto-termal dan foto-mekanikal, yang kedua-duanya dipengaruhi oleh parameter operasi laser. Pemahaman mendalam tentang prinsip-prinsip ini adalah penting untuk memastikan kecekapan pembersihan sambil melindungi integriti bahan asas.

Mekanisme Fizikal Pembersihan Laser

Mekanisme Foto-Termal

Kesan foto-termal adalah berdasarkan pemanasan pilihan. Apabila alur laser mengenai permukaan, lapisan pencemar menyerap tenaga laser dan panas dengan cepat. Haba ini boleh menyebabkan:

Pengembangan termal yang membawa kepada delaminasi.

Pengewapan atau pirolisis pencemar.

Peleburan dan pembekuan semula yang melonggarkan ikatan dengan substrat.

Mekanisme ini paling berkesan apabila kontaminan mempunyai penyerapan optik yang jauh lebih tinggi daripada substrat pada panjang gelombang laser yang dipilih. Sebagai contoh, karat atau cat biasanya menyerap panjang gelombang inframerah dengan lebih baik daripada logam di bawahnya.

Mekanisme Foto-Mekanikal

Dalam proses foto-mekanikal, denyutan laser ultrapendek (biasanya pikoseaat atau femtoseaat) membebaskan tenaga dengan begitu pantas sehingga pengaliran haba adalah minima. Sebaliknya pemanasan, tenaga yang sangat tinggi menyebabkan:

Pembentukan plasma pantas atau letupan mikro pada permukaan kontaminan.

Penjanaan gelombang kejut yang secara fizikal meletupkan kontaminan keluar.

Retakan tegangan dalam lapisan rapuh, seperti kakisan atau enapan karbon.

Mekanisme ini sesuai untuk substrat yang sensitif atau aplikasi di mana haba perlu diminimumkan, seperti pemuliharaan warisan atau mikroelektronik.

Parameter Laser Utama

Kefektifan dan keselamatan pembersihan laser sangat bergantung kepada konfigurasi yang betul bagi beberapa parameter laser:

Panjang gelombang

Panjang gelombang laser menentukan jumlah tenaga yang diserap oleh kontaminan dan substrat. Panjang gelombang yang biasa digunakan termasuk:

1064 nm (Inframerah): Sesuai untuk logam dan oksida.

532 nm (Hijau): Lebih berkesan terhadap pigmen dan cat.

355 nm atau 248 nm (UV): Terbaik untuk kontaminan berasaskan organik dan polimer.

Matlamatnya adalah memilih panjang gelombang yang diserap dengan kuat oleh kontaminan tetapi diserap dengan lemah oleh substrat.

Tempoh denyutan

Tempoh denyut mempengaruhi kedalaman dan kelajuan pemindahan tenaga:

Denyut Nanosaat: Kesan haba sederhana; baik untuk pembersihan umum.

Denyut Pikosaat/Femtosaat: Sangat tepat, peresapan haba minimum; ideal untuk permukaan sensitif.

Denyut yang lebih pendek mengurangkan zon yang dipengaruhi haba dan meningkatkan pemilihan pembersihan.

Tenaga Denyut dan Kadar Pengulangan

Tenaga denyutan (diukur dalam milijoule atau joule): Menentukan jumlah tenaga yang diberikan setiap denyutan. Tenaga yang lebih tinggi boleh mengalihkan lapisan yang lebih tebal atau lebih sukar, tetapi meningkatkan risiko kerosakan pada substrat.

Kadar pengulangan (diukur dalam Hz atau kHz): Mengawal kekerapan denyutan diberikan. Kadar pengulangan yang tinggi membolehkan pembersihan yang lebih cepat tetapi boleh menyebabkan pertambahan haba jika tidak dikawal dengan teliti.

Saiz Titik dan Saling Tindih

Saiz titik mempengaruhi resolusi dan keamatan. Titik yang lebih kecil membolehkan kerja yang lebih tepat, manakala titik yang lebih besar membersihkan kawasan yang lebih luas dengan lebih cepat.

Saling tindih merujuk kepada sejauh mana setiap denyutan bertindih dengan denyutan sebelumnya. Julat saling tindih biasanya antara 50–90% untuk memastikan pembersihan yang seragam. Saling tindih yang terlalu sedikit akan menyebabkan loreng; terlalu banyak boleh menyebabkan permukaan terlalu panas.

Interaksi Dengan Kontaminan BERBANDING Substrat

Prinsip utama dalam pembersihan laser ialah ablasi pilihan—keupayaan untuk mengalihkan kontaminan tanpa merosakkan bahan asas. Ini bergantung kepada:

Kontras Penyerapan: Pencemar mesti menyerap tenaga laser dengan lebih berkesan berbanding substrat.

Kekonduksian Terma: Substrat dengan kekonduksian tinggi (contohnya, kuprum, aluminium) menyebarkan haba dengan cepat, mengurangkan risiko kerosakan.

Kekuatan Lekatan: Lapisan yang melekat longgar lebih mudah dibuang melalui kesan foto-mekanikal, manakala lapisan yang melekat kuat mungkin memerlukan fluens yang lebih tinggi atau beberapa laluan.

Pembersihan laser mesti dikalibrasi dengan teliti untuk setiap aplikasi, dengan mengambil kira ketebalan, komposisi, dan kekuatan ikatan pencemar, serta kepekaan substrat.

Pembersihan laser adalah proses yang dikawal rapi berdasarkan fizik interaksi laser-bahan. Sama ada menggunakan tenaga haba untuk menghasilkan wap pada kontaminan atau menggunakan kejutan mekanikal untuk menyingkirkannya, teknik ini menawarkan ketepatan yang tiada tandingan. Kejayaannya bergantung kepada penyesuaian parameter laser mengikut setiap kombinasi bahan tertentu, memaksimumkan penyingkiran kontaminan sambil mengekalkan integriti permukaan. Dengan menguasai mekanisme foto-haba dan foto-mekanikal serta melaras parameter seperti panjang gelombang, tenaga denyut, dan saiz tompok, pembersihan laser boleh digunakan secara selamat dan berkesan dalam pelbagai aplikasi industri dan khusus.