Какие материалы и поверхности можно очищать с помощью лазерных очистных машин?(1)

Принципы лазерной очистки

Лазерная очистка основана на контролируемом взаимодействии импульсного лазерного излучения с поверхностями материалов. Она удаляет нежелательные слои, такие как оксиды, краски, жир и остатки загрязнений, без механического контакта, абразивов или химикатов. Процесс очистки осуществляется за счёт двух основных физических механизмов: фото-теплового и фото-механического эффектов, на которые влияют рабочие параметры лазера. Глубокое понимание этих принципов необходимо для обеспечения эффективности очистки при сохранении целостности основного материала.

Физические механизмы лазерной очистки

Фото-тепловой механизм

Фото-тепловой эффект основан на селективном нагреве. Когда лазерный луч попадает на поверхность, загрязняющий слой поглощает лазерную энергию и быстро нагревается. Это тепло может вызвать:

Тепловое расширение, приводящее к расслоению.

Испарение или пиролиз загрязняющего вещества.

Плавление и повторная кристаллизация ослабляют связь с подложкой.

Этот механизм наиболее эффективен, когда загрязняющее вещество имеет значительно более высокое оптическое поглощение по сравнению с подложкой на выбранной длине волны лазера. Например, ржавчина или краска часто лучше поглощают инфракрасные волны, чем underlying металл.

Фотомеханический механизм

В фотомеханическом процессе сверхкороткие лазерные импульсы (обычно пикосекундные или фемтосекундные) передают энергию настолько быстро, что теплопроводность минимальна. Вместо нагрева интенсивная энергия вызывает:

Быстрое образование плазмы или микровзрывы на поверхности загрязняющего вещества.

Генерацию ударной волны, которая физически отбрасывает загрязнения.

Напряжённые трещины в хрупких слоях, таких как коррозия или отложения углерода.

Этот механизм идеально подходит для деликатных подложек или применений, где необходимо минимизировать воздействие тепла, например, при сохранении исторических объектов или в микроэлектронике.

Ключевые параметры лазера

Эффективность и безопасность лазерной очистки в значительной степени зависят от правильной настройки нескольких параметров лазера:

Длина волны

Длина волны лазера определяет, сколько энергии поглощается загрязняющим веществом и подложкой. Обычно используемые длины волн включают:

1064 нм (инфракрасный): подходит для металлов и оксидов.

532 нм (зеленый): более эффективен для пигментов и красок.

355 нм или 248 нм (УФ): наилучший выбор для органических и полимерных загрязнений.

Цель состоит в том, чтобы выбрать длину волны, которая сильно поглощается загрязняющим веществом, но слабо — подложкой.

Длительность импульса

Длительность импульса влияет на глубину и скорость передачи энергии:

Наносекундные импульсы: умеренные тепловые эффекты; подходят для общей очистки.

Пикосекундные/фемтосекундные импульсы: сверхточные, минимальное тепловое рассеяние; идеальны для чувствительных поверхностей.

Более короткие импульсы уменьшают зоны термического воздействия и повышают селективность очистки.

Энергия импульса и частота повторения

Энергия импульса (измеряется в миллиджоулях или джоулях): определяет количество энергии, подаваемой за один импульс. Более высокая энергия позволяет удалять более толстые или прочные слои, но увеличивает риск повреждения основы.

Частота повторения (измеряется в Гц или кГц): регулирует, как часто подаются импульсы. Высокая частота повторения обеспечивает более быструю очистку, но может вызвать накопление тепла, если не контролируется должным образом.

Размер пятна и перекрытие

Размер пятна влияет на разрешение и интенсивность. Маленькие пятна позволяют выполнять точную работу, тогда как большие пятна быстрее очищают обширные участки.

Перекрытие означает степень перекрытия каждого последующего импульса с предыдущим. Типичные значения перекрытия составляют от 50 до 90 % для обеспечения равномерной очистки. Слишком малое перекрытие приводит к полосам, чрезмерное — к перегреву поверхности.

Взаимодействие с загрязнениями по сравнению с основами

Одним из центральных принципов лазерной очистки является селективное абляционное удаление — возможность удалять загрязнения, не повреждая основной материал. Это зависит от:

Контраста поглощения: загрязняющее вещество должно поглощать лазерную энергию эффективнее, чем подложка.

Теплопроводности: подложки с высокой теплопроводностью (например, медь, алюминий) быстро рассеивают тепло, снижая риск повреждения.

Прочности сцепления: слабо связанные слои легче удаляются за счёт фотомеханических эффектов, тогда как прочно прикреплённые покрытия могут потребовать более высокой плотности энергии или нескольких проходов.

Лазерную очистку необходимо тщательно настраивать для каждого конкретного применения с учётом толщины, состава и прочности связи загрязнения, а также чувствительности подложки.

Лазерная очистка — это высокоуправляемый процесс, основанный на физике взаимодействия лазера с материалом. Независимо от того, используется ли тепловая энергия для испарения загрязнений или механические ударные волны для их удаления, данная технология обеспечивает беспрецедентную точность. Успех зависит от тонкой настройки параметров лазера под каждую конкретную комбинацию материалов, что позволяет максимально эффективно удалять загрязнения, сохраняя целостность поверхности. Освоив фото-тепловые и фото-механические механизмы и настроив такие параметры, как длина волны, энергия импульса и размер пятна, лазерную очистку можно безопасно и эффективно применять в широком спектре промышленных и специализированных задач.