เครื่องทำความสะอาดด้วยเลเซอร์สามารถกำจัดสิ่งปนเปื้อนใดได้บ้างบนพื้นผิวโลหะ

วิธีการ เครื่องทำความสะอาดด้วยเลเซอร์ กำจัดสิ่งปนเปื้อนทั่วไปบนโลหะ

การกัดกร่อนด้วยพลังงานความร้อนและการกัดกร่อนเชิงกลด้วยแสง: เหตุใดเครื่องทำความสะอาดด้วยเลเซอร์จึงสามารถระเหยสิ่งปนเปื้อนได้อย่างคัดสรร โดยไม่ทำลายพื้นผิวโลหะ

การทำความสะอาดด้วยเลเซอร์ทำงานได้เนื่องจากวัสดุต่างชนิดกันดูดซับแสงในระดับที่แตกต่างกัน เมื่อเครื่องจักรยิงลำแสงเข้มข้นออกมา จะเปลี่ยนพลังงานแสงนั้นให้กลายเป็นความร้อนทันทีที่ผิวสัมผัส ซึ่งเป็นบริเวณที่มีคราบสกปรกและสนิมอยู่ ยกตัวอย่างเช่น สนิมจะดูดซับพลังงานเลเซอร์ได้มากกว่าเหล็กธรรมดาประมาณ 95% ทำให้อุณหภูมิสูงขึ้นจนเกือบจะหายไปในขณะที่โลหะชั้นล่างยังคงเย็นอยู่ ส่งผลให้ไม่มีสารเคมีตกค้างให้ยุ่งยาก และไม่ทำให้วัสดุบิดงอ นอกจากนี้ยังมีกลไกอีกอย่างหนึ่งที่เรียกว่า ผลกระทบเชิงโฟโตเมคานิกัล (photomechanical effect) โดยพื้นฐานแล้ว เมื่อวัสดุถูกให้ความร้อนอย่างรวดเร็ว มันจะขยายตัวอย่างฉับพลัน สร้างคลื่นกระแทกขนาดเล็กที่สามารถขจัดชั้นน้ำมันบาง ๆ ได้ แม้จะบางเพียงประมาณ 5 ไมโครเมตร เนื่องจากเลเซอร์ไม่สัมผัสโดยตรงกับวัสดุที่ทำความสะอาด มันจึงสามารถกำจัดสิ่งปนเปื้อนเกือบทั้งหมด (ประมาณ 99.9%) โดยไม่กระทบต่อคุณสมบัติของโลหะ การทดสอบแสดงให้เห็นว่าวิธีนี้สอดคล้องกับมาตรฐานอุตสาหกรรมด้านคุณภาพผิวตาม ISO 8501-1 และการศึกษาต่าง ๆ ยังยืนยันอีกว่า ปริมาณพลังงานที่ใช้มีเพียงพอต่อการขจัดคราบสกปรก โดยไม่ทำลายวัสดุชั้นล่าง

การปรับพารามิเตอร์หลัก: ระยะเวลาของพัลส์, ฟลูเอนซ์ และการเลือกความยาวคลื่นเพื่อให้ได้ผลการกำจัดสิ่งปนเปื้อนที่ดีที่สุดด้วยเครื่องทำความสะอาดด้วยเลเซอร์

การปรับเทียบอย่างแม่นยำของพารามิเตอร์หลักสามตัวช่วยให้มั่นใจได้ถึงประสิทธิภาพในการทำความสะอาดโดยไม่ทำลายพื้นผิววัสดุ

• ระยะเวลาของชั้นพัลส์ : พัลส์แบบนาโนวินาทีถึงเฟมโตวินาทีจำกัดการกระจายความร้อน สำหรับแผ่นทองแดงบาง พัลส์ที่น้อยกว่า 10 นาโนวินาทีจะลดความเครียดจากความร้อนลงได้ 40%
• ฟลูเอนซ์ : ต้องสูงกว่าเกณฑ์การกลายเป็นไอของสิ่งปนเปื้อน แต่ยังคงต่ำกว่าขีดจำกัดที่ทำให้โลหะเสียหาย — เช่น การกำจัดอีพอกซี (เกณฑ์ที่ 1.5 J/cm²) ออกจากอลูมิเนียม (เริ่มเสียหายที่ 2.8 J/cm²) ต้องมีความแม่นยำ ±20%
• ความยาวคลื่น : แสงใกล้อินฟราเรด (1064 นาโนเมตร) สามารถเจาะเข้าไปในออกไซด์ของเหล็กบนโลหะเหล็ก; แสงยูวี (355 นาโนเมตร) เหมาะสำหรับกำจัดสารตกค้างเชิงอินทรีย์บนโลหะผสมที่ไวต่อความร้อน

การตั้งค่าที่เหมาะสมช่วยลดต้นทุนการดำเนินงานได้ 740,000 ดอลลาร์สหรัฐต่อปี จากการลดงานแก้ไขซ้ำ ตามผลการศึกษาจากสถาบันโพนีมอน ปี 2023

สนิม ออกไซด์ และคราบผิวเหล็ก: การกำจัดอย่างมีประสิทธิภาพสูงจากโลหะเหล็ก

การกำจัดออกไซด์ของเหล็ก (Fe₃O₄/Fe₂O₃) และคราบผิวเหล็กจากเหล็กกล้าคาร์บอนโดยใช้เครื่องทำความสะอาดด้วยเลเซอร์อุตสาหกรรม

เทคโนโลยีการทำความสะอาดด้วยเลเซอร์สามารถกำจัดสนิมและคราบออกไซด์ (mill scale) ได้โดยกระบวนการที่สารปนเปื้อนจะดูดซับพลังงานเลเซอร์และกลายเป็นไอระเหยหายไป เหตุผลที่วิธีนี้ได้ผลดีมากคือ เหล็กกล้าคาร์บอนจะสะท้อนแสงได้ตามธรรมชาติ จึงทำให้วัสดุด้านล่างได้รับการปกป้องระหว่างการบำบัด วิธีนี้ช่วยคงโครงสร้างโลหะเดิมไว้ได้ โดยไม่ก่อให้เกิดรูเล็กๆ น่ารำคาญใจที่มักเกิดขึ้นจากเทคนิคอื่นๆ ตัวอย่างเช่น การพ่นทราย (abrasive blasting) ซึ่งจะดันอนุภาคเข้าไปในผิววัสดุ ทำให้ชั้นเคลือบเสื่อมสภาพเร็วกว่าที่ควรจะเป็น เมื่อต้องจัดการกับคราบออกไซด์หนาๆ ที่มีลักษณะคล้ายผลึก ซึ่งเกิดขึ้นจากกระบวนการรีดร้อน เลเซอร์กำลังสูงจะส่งพัลส์พลังงานที่ทำลายโครงสร้างของมันอย่างตรงไปตรงมา สิ่งที่น่าประทับใจคือความเร็วของกระบวนการนี้ ซึ่งใช้เวลาประมาณหนึ่งตารางเมตรต่อชั่วโมง แม้จะเผชิญกับปัญหาการเกิดออกซิเดชันอย่างรุนแรง นอกจากนี้ ยังไม่มีการใช้สารเคมีใดๆ และไม่มีเศษสิ่งสกปรกเหลือให้ต้องทำความสะอาดภายหลัง

การเตรียมพื้นผิวก่อนเชื่อม: เครื่องทำความสะอาดด้วยเลเซอร์กำจัดชั้นออกไซด์อย่างไรเพื่อลดปริมาณรูพรุนลงมากกว่า 99.7% (ได้รับการยืนยันตามมาตรฐาน AWS D1.1)

เมื่อพูดถึงการเตรียมพื้นผิวสำหรับการเชื่อม กระบวนการทำความสะอาดด้วยเลเซอร์ถือว่าโดดเด่นมาก เพราะสามารถกำจัดออกไซด์ขนาดเล็กจิ๋วที่มองไม่เห็น ซึ่งมักกักเก็บก๊าซไว้ระหว่างกระบวนการหลอมรวมได้อย่างมีประสิทธิภาพ ตามผลการทดสอบที่ดำเนินการภายใต้มาตรฐาน AWS D1.1 วิธีนี้สามารถลดปริมาณรูพรุนในรอยเชื่อมได้สูงถึง 99.7% เทคโนโลยีนี้ทำงานได้ดีที่สุดเมื่อเป้าหมายคือการดูดซับของเหล็กออกไซด์ที่ความยาวคลื่นประมาณ 1064 นาโนเมตร ทำให้ได้ระดับความสะอาดของพื้นผิวตามมาตรฐาน Sa 2.5 โดยไม่ก่อให้เกิดโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน (heat affected zones) สำหรับชิ้นส่วนหรือรูปร่างที่ซับซ้อน ระบบเลเซอร์อัตโนมัติสามารถทำงานได้ในความเร็วตั้งแต่ครึ่งเมตรถึงสองเมตรต่อนาที วิธีการนี้ช่วยประหยัดเวลาได้ประมาณ 70% เมื่อเทียบกับการขัดด้วยวิธีทั่วไปก่อนการเชื่อม และยังคงรักษาคุณสมบัติโครงสร้างของโลหะไว้ได้อย่างสมบูรณ์ ทำให้วิธีนี้มีคุณค่าอย่างยิ่งในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น อุตสาหกรรมการบินและอวกาศ ที่ความสมบูรณ์ของชิ้นส่วนมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อภาชนะรับแรงดันและแอปพลิเคชันที่เกี่ยวข้องกับความปลอดภัย

สารปนเปื้อนอินทรีย์: น้ำมัน, จาระบี และสารเคลือบอุตสาหกรรม

การกำจัดไฮโดรคาร์บอน ของเหลวตัดแต่ง และสารหล่อลื่นแบบไม่สัมผัสโดยใช้เครื่องทำความสะอาดด้วยเลเซอร์ — ไม่ต้องใช้ตัวทำละลายและไม่มีสารตกค้าง

การทำความสะอาดด้วยเลเซอร์ทำงาน โดยการระเหยวัสดุอินทรีย์ เช่น น้ำมัน ไขมัน และของเหลวตัดแต่ง ผ่านกระบวนการที่เรียกว่า การกัดกร่อนด้วยพลังงานความร้อนจากแสง (photothermal ablation) กระบวนการนี้ใช้พัลส์เลเซอร์ที่ปรับตั้งอย่างแม่นยำ ซึ่งกำหนดเป้าหมายไปที่พันธะไฮโดรคาร์บอน โดยยังคงรักษาโลหะชั้นล่างให้เย็นอยู่ วิธีการนี้สามารถกำจัดฟิล์มที่บางเพียง 0.1 ไมครอนได้อย่างหมดจด โดยไม่มีตัวทำละลายหรือสารปนเปื้อนใหม่เหลืออยู่ เมื่อเทียบกับวิธีการเดิม เช่น การแช่ด้วยสารเคมี หรือการขัดด้วยเครื่องมือ เทคนิคการทำความสะอาดด้วยเลเซอร์สามารถทำได้ตามมาตรฐาน Sa 2.5 จาก ISO 8501-1 ซึ่งมีความสำคัญในอุตสาหกรรมที่ต้องการความน่าเชื่อถือสูง เช่น อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ นอกจากนี้ยังสอดคล้องกับข้อกำหนดทุกประการของสำนักงานคุ้มครองสิ่งแวดล้อม (EPA) เนื่องจากไม่จำเป็นต้องจัดการกับของเสียอันตรายใดๆ เลย

การลอกสี เรซินอีพ็อกซี่ และสารเคลือบกันสนิมที่มีสังกะสีเป็นส่วนประกอบโดยไม่เกิดโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนหรือการเสื่อมสภาพของพื้นผิวฐาน

เมื่อใช้เลเซอร์อินฟราเรดในการถอดชั้นเคลือบ วิธีการนี้จะทำงานโดยการลอกชั้นออกทีละชั้น ชิ้นส่วนของพอลิเมอร์อินทรีย์จะดูดซับพลังงานเลเซอร์ ขณะที่โลหะด้านล่างจะสะท้อนพลังงานส่วนใหญ่กลับคืน คลื่นสั้นที่มีระยะเวลาไม่ถึง 10 นาโนวินาทีจะช่วยจำกัดการกระจายความร้อน ทำให้สามารถกำจัดสารเคลือบพื้นผิวที่มีส่วนผสมของสังกะสีสูงออกจากพื้นผิวเหล็กชุบสังกะสีได้ โดยไม่ทำลายคุณสมบัติการป้องกันของพื้นผิวนั้น หลังการรักษา พื้นผิวโลหะฐานยังคงอยู่ในสภาพเดิมตามมาตรฐาน ASTM E8 จึงไม่มีความเสี่ยงที่จะเกิดรอยแตกร้าวเล็กๆ เหมือนกับวิธีการขัดพื้นผิวด้วยทรายหรือวิธีหยาบอื่นๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับตัวเรือเรือ เทคนิคนี้สามารถกำจัดชั้นเคลือบได้ประมาณ 10 ตารางเมตรต่อชั่วโมง ด้วยประสิทธิภาพมากกว่า 97 เปอร์เซ็นต์ ข้อดีที่สุดคือ ไม่จำเป็นต้องใช้วัสดุสิ้นเปลืองใดๆ ระหว่างกระบวนการ และไม่มีสิ่งสกปรกใดๆ เหลือค้างอยู่ในรูปของอนุภาคที่ฝังตัวเลย

อุปสรรคเฉพาะโลหะผสม: อลูมิเนียม เหล็กกล้าไร้สนิม และทองแดง

การเอาชนะความสะท้อนสูงและออกไซด์บางธรรมชาติบนอลูมิเนียมและทองแดงด้วยเครื่องทำความสะอาดด้วยเลเซอร์ไฟเบอร์แบบพัลส์

การทำงานกับอลูมิเนียมและทองแดงอาจเป็นเรื่องที่ท้าทายพอสมควร เนื่องจากวัสดุเหล่านี้มีค่าการสะท้อนแสงสูงตามธรรมชาติ บางครั้งอาจสูงถึงประมาณ 95% ที่ความยาวคลื่นเลเซอร์มาตรฐาน ประกอบกับยังมีการสร้างชั้นออกไซด์บาง ๆ บนพื้นผิวอีกด้วย ทางแก้ปัญหานี้คือการใช้เลเซอร์ไฟเบอร์แบบพัลส์ ซึ่งจัดการปัญหานี้โดยการปล่อยพลังงานเข้มข้นในช่วงเวลาสั้น ๆ พัลส์สั้น ๆ เหล่านี้สามารถกำจัดสิ่งปนเปื้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ ก่อนที่ความร้อนจะแพร่กระจายเข้าไปในตัววัสดุเอง โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับทองแดง ระบบที่ใช้เลเซอร์จะให้ผลดีที่สุดเมื่อตั้งค่าความยาวคลื่นที่ประมาณ 1064 นาโนเมตร และเมื่อระยะเวลาของพัลส์สั้นกว่า 100 นาโนวินาที สิ่งที่ทำให้เทคโนโลยีนี้มีประสิทธิภาพมากคือ สามารถทำความสะอาดพื้นผิวได้สำเร็จเกินกว่า 99% ในขณะที่ยังคงสภาพวัสดุเดิมไว้ intact โดยไม่มีการบิดงอที่สังเกตเห็นได้หรือไม่เกิดโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน ซึ่งหมายความว่าขนาดของชิ้นงานยังคงเสถียร และคุณสมบัติทางกลยังคงไม่เปลี่ยนแปลงหลังจากการบำบัด

การจัดการชั้น passivation เหล็กไร้ขัด: การสมดุลการกําจัด oxide และการรักษาความต้านทานต่อการกัดกรอง

การทําความสะอาดเหล็กไร้ขัด ต้องใช้ความรอบคอบ เพราะเราต้องการกําจัดความสกปรกและความสกปรก โดยไม่ทําให้ชั้นโครเมียมที่ป้องกันจากสนิมเสียหาย เลเซอร์อุตสาหกรรมทํางานได้ดีมากๆ ในเรื่องนี้ ขอบคุณพลังงานที่ควบคุมได้ ราวๆ 0.8 ถึง 1.2 จูลต่อซม. เครื่องพวกนี้สามารถถอนสิ่งต่างๆ เช่น การออกซิเดชั่น ผลาญของไขมัน และรอยสีความร้อนที่ไม่น่าดูนั้นออกไป โดยไม่ทําลายชั้นป้องกันภายใต้ การวิจัยบางแห่งแสดงให้เห็นว่า ระบบเลเซอร์ที่ปรับปรุงดีเหล่านี้ ลดอนุภาคเหล็กบนพื้นผิวลงเกือบ 90% โดยรักษาครอมมากกว่า 98% ความสามารถในแบบนั้น ตอบสนองมาตรฐานด้านความสะอาดของอุตสาหกรรม ที่กําหนดโดย ASTM A380 และหยุดการสร้างรูเล็ก ๆ ที่น่ารําคาญบนพื้นผิวโลหะ

คำถามที่พบบ่อย

การทำความสะอาดด้วยเลเซอร์ทำงานอย่างไร?

การ ทําความสะอาดด้วยเลเซอร์ทํางานโดยการแปลงรังสีเลเซอร์ที่เข้มข้นเป็นความร้อนที่ทําให้สารพิษหายไปโดยไม่ส่งผลกระทบต่อพื้นผังโลหะ

การทำความสะอาดด้วยเลเซอร์สามารถกำจัดสิ่งปนเปื้อนประเภทใดได้บ้าง

การทำความสะอาดด้วยเลเซอร์สามารถกำจัดสนิม คราบออกไซด์จากการผลิต เศษไขมัน น้ำมัน สี อีพอกซี และสารอินทรีย์อื่นๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

การทำความสะอาดด้วยเลเซอร์ปลอดภัยต่อพื้นผิวโลหะหรือไม่

ใช่ การทำความสะอาดด้วยเลเซอร์ปลอดภัยต่อพื้นผิวโลหะ เนื่องจากใช้เทคนิคที่แม่นยำเพื่อหลีกเลี่ยงการก่อให้เกิดความเสียหาย

ข้อดีของการใช้เครื่องทำความสะอาดด้วยเลเซอร์คืออะไร

เครื่องทำความสะอาดด้วยเลเซอร์มีข้อดี เช่น การทำความสะอาดแบบไม่สัมผัส ลดต้นทุนในการดำเนินงาน และเป็นไปตามข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อม