Які матеріали та поверхні можна очищати за допомогою лазерних очисних машин?(1)

Принципи лазерного очищення

Лазерне очищення ґрунтується на контрольованій взаємодії імпульсного лазерного випромінювання з поверхнею матеріалу. Воно видаляє небажані шари, такі як оксиди, фарби, жири та залишки, без механічного контакту, абразивів або хімічних речовин. Процес очищення працює за двома основними фізичними механізмами: фото-термальним і фото-механічним ефектами, на які впливають експлуатаційні параметри лазера. Глибоке розуміння цих принципів є необхідним для забезпечення ефективності очищення з одночасним збереженням цілісності основного матеріалу.

Фізичні механізми лазерного очищення

Фото-термальний механізм

Фото-термальний ефект базується на селективному нагріванні. Коли лазерний промінь потрапляє на поверхню, забруднюючий шар поглинає лазерну енергію та швидко нагрівається. Це тепло може призводити до:

Теплове розширення, що призводить до розшарування.

Випаровування або піроліз забруднюючої речовини.

Плавлення та повторне затвердіння послаблюють зв'язок із основою.

Цей механізм є найбільш ефективним, коли забруднююча речовина має значно вище оптичне поглинання, ніж основа, на обраній довжині хвилі лазера. Наприклад, іржа чи фарба часто краще поглинають інфрачервоні хвилі, ніж основний метал.

Фотомеханічний механізм

У фотомеханічному процесі надкороткі лазерні імпульси (зазвичай пікосекундні або фемтосекундні) передають енергію настільки швидко, що теплопровідність мінімальна. Натомість нагрівання інтенсивна енергія призводить до:

Швидкого утворення плазми або мікровибухів на поверхні забруднювача.

Генерації ударної хвилі, яка фізично відкидає забруднювачі.

Утворення тріщин від напруження у крихких шарах, таких як корозія або відкладення вуглецю.

Цей механізм ідеально підходить для делікатних основ або застосувань, де необхідно мінімізувати тепловий вплив, наприклад, у галузі збереження спадщини чи мікроелектроніці.

Ключові параметри лазера

Ефективність та безпека лазерного очищення значною мірою залежать від правильного налаштування кількох параметрів лазера:

Довжина хвилі

Довжина хвилі лазера визначає, скільки енергії поглинається забруднювачем і основою. Поширені довжини хвиль включають:

1064 нм (інфрачервоний): підходить для металів і оксидів.

532 нм (зелений): більш ефективний для пігментів і фарб.

355 нм або 248 нм (УФ): найкращий для органічних забруднювачів і забруднювачів на основі полімерів.

Мета полягає в тому, щоб обрати таку довжину хвилі, яка сильно поглинається забруднювачем, але слабо — основою.

Тривалість імпульсу

Тривалість імпульсу впливає на глибину та швидкість передачі енергії:

Наносекундні імпульси: помірний тепловий ефект; добре підходять для загального очищення.

Пікосекундні/фемтосекундні імпульси: надточне очищення, мінімальне теплове поширення; ідеально підходять для чутливих поверхонь.

Коротші імпульси зменшують зони, уражені теплом, і покращують селективність очищення.

Енергія імпульсу та частота повторень

Енергія імпульсу (вимірюється в міліджоулях або джоулях): визначає кількість енергії, що передається за один імпульс. Вища енергія може видаляти товстіші або міцніші шари, але збільшує ризик пошкодження основи.

Частота повторень (вимірюється в Гц або кГц): регулює, як часто подаються імпульси. Висока частота повторень дозволяє швидше очищати, але може призводити до накопичення тепла, якщо її недостатньо контролювати.

Розмір плями та перекриття

Розмір плями впливає на роздільну здатність і інтенсивність. Дрібніші плями дозволяють працювати точно, тоді як більші плями швидше очищають ширші ділянки.

Перекриття вказує на те, наскільки кожен імпульс перекривається з попереднім. Зазвичай перекриття становить від 50 до 90%, щоб забезпечити рівномірне очищення. Надто мале перекриття призводить до смуг; надто велике може перегріти поверхню.

Взаємодія з забрудненнями порівняно з основами

Центральний принцип лазерного очищення — селективне аблатування: здатність видаляти забруднення, не пошкоджуючи основний матеріал. Це залежить від:

Контрасту поглинання: забруднювач повинен поглинати лазерну енергію ефективніше, ніж підкладка.

Теплопровідності: підкладки з високою теплопровідністю (наприклад, мідь, алюміній) швидко розсіюють тепло, зменшуючи ризик пошкодження.

Міцності зчеплення: слабко зв’язані шари легше видаляти за допомогою фотомеханічних ефектів, тоді як міцно приєднані покриття можуть вимагати більшої густини енергії або кількох проходів.

Лазерне очищення необхідно ретельно калібрувати для кожного застосування, враховуючи товщину, склад і міцність зчеплення забруднення, а також чутливість підкладки.

Лазерне очищення — це високоточний процес, заснований на фізиці взаємодії лазера з матеріалом. Незалежно від того, чи використовується теплова енергія для випаровування забруднюючих речовин, чи механічні ударні хвилі для їх видалення, ця техніка забезпечує неперевершену точність. Її успішне застосування залежить від підбору параметрів лазера для кожної конкретної комбінації матеріалів, що дозволяє максимально ефективно видаляти забруднення, зберігаючи цілісність поверхні. Володіння фото-термічними та фото-механічними механізмами та налаштування таких параметрів, як довжина хвилі, енергія імпульсу та розмір плями, дозволяють безпечно та ефективно застосовувати лазерне очищення в найрізноманітніших промислових та спеціалізованих галузях.