Технологија за ласерско чистењее успешна примена на ласерската технологија во областа на инженерството. Неговиот основен принцип ја користи високата густина на енергија на ласерите за да овозможи интеракција помеѓу ласерските зраци и загадувачите што се лепат на подлогите на обработениот дел. Загадувачите се одвојуваат од подлогите преку моментална термичка експанзија, топење, испарување на гасот и други механизми. Со висока ефикасност, еколошка прифатливост и заштеда на енергија, технологијата за ласерско чистење е успешно применета во чистење на мувла од гуми, отстранување на боја на каросеријата на авиони, реставрација на културни реликвии и други области.
Традиционалните технологии за чистење вклучуваат механичко триење (пескарење, чистење со воден млаз под висок притисок итн.), хемиско чистење од корозија, ултразвучно чистење, чистење со сув мраз и друго. Овие технологии се широко користени во индустриите. На пример, пескарењето може да отстрани метални дамки од 'рѓа, површински рапави делови и конформни премази на плочките со избирање абразиви со различна тврдост. Хемиското чистење од корозија е широко прифатено за отстранување на површински бигор од масло на опрема, чистење на бигор од бојлер и отпушување на нафтоводи. Иако се зрели, традиционалните методи имаат значајни недостатоци: пескарењето лесно ги оштетува третираните површини, а хемиското чистење од корозија предизвикува загадување на животната средина и може да ги кородира подлогите ако се работи неправилно. Појавата на ласерското чистење означува револуција во технологијата за чистење. Користејќи ја високата густина на енергија, прецизноста и ефикасниот пренос на ласерите, ласерското чистење ги надминува традиционалните методи во ефикасноста на чистењето, прецизноста и позиционирањето. Го елиминира загадувањето на животната средина од хемиското чистење и не предизвикува оштетување на подлогите.
Принципи на ласерско чистење
Што точно е ласерско чистење? Се однесува на процес на отстранување на материјали од цврсти (или повремено течни) површини преку зрачење со ласерски зрак. При ниска ласерска флуенсност, апсорбираната ласерска енергија ги загрева материјалите, предизвикувајќи испарување или сублимација. При висока ласерска флуенсност, материјалите обично се претвораат во плазма. Ласерското чистење обично користи пулсирачки ласери за отстранување на материјал, иако ласерските зраци со континуиран бран можат да аблираат материјали со доволен интензитет. Длабоките ултравиолетови ексимерни ласери, со бранови должини околу 200 nm, првенствено се користат за фотоаблација.
Длабочината наласерска енергијаАпсорпцијата и количината на отстранет материјал по пулс зависат од оптичките својства на материјалот, како и од брановата должина на ласерот и времетраењето на пулсот. Вкупната маса аблирана од целта по пулс се дефинира како брзина на аблација. Карактеристиките на ласерското зрачење, како што се брзината на скенирање и покриеноста на линијата, значително влијаат на процесот на аблација.
Видови на технологија за ласерско чистење
1) Ласерско хемиско чистење
Ласерското хемиско чистење вклучувадиректно пулсирачко ласерско зрачење на работните парчиња. Загадувачите или подлогите апсорбираат ласерска енергија, зголемувајќи ја нивната температура и предизвикувајќи термичка експанзија или термичка вибрација на подлогата, што ги одделува загадувачите од подлогите. Се јавува во два сценарија: или површинските загадувачи апсорбираат ласерска енергија и се шират, или подлогите апсорбираат енергија и вибрираат термички.
Во 1969 година, С.М. Бедаир и сор. откриле дека конвенционалните површински третмани (термичка обработка, хемиска корозија, пескарење) имаат ограничувања. Тие забележале дека високата густина на енергија на фокусираните ласери може да ги испари површинските материјали без да ги оштети подлогите. Експериментите потврдија дека рубински ласер со Q-прекинувач со густина на моќност од 30 MW/cm² може да исчисти загадувачи од силиконски површини без оштетување на подлогата, што ја означува првата имплементација на ласерско хемиско чистење.
Вкупната стапка на чистење може да се изрази преку стапката на одвојување на остатоците од филмот, како што е прикажано подолу:
(Формула: ε—индекс на енергија на ласерскиот импулс; h—индекс на дебелина на филмот од загадувачот; E—индекс на модул на еластичност на филмот)
2) Ласерско влажно чистење
Пред пулсирачкото ласерско зрачење, површината на работниот дел е претходно обложена со течен филм. Ласерската енергија брзо го загрева и испарува филмот, генерирајќи моментален ударен бран кој ги одвојува честичките од загадувачите од подлогата. Овој метод не бара хемиска реакција помеѓу подлогата и течниот филм, што ги ограничува неговите применливи материјали.
Во 1991 година, К. Имен и сор. се осврнаа на преостанатите субмикронски загадувачи на полупроводнички плочки и метали по конвенционалното чистење. Тие ги обложија подлогите со филм што апсорбира ласер и го озрачија со CO₂ ласер. Филмот апсорбираше енергија, брзо се загреваше, зоврие и беше подложен на експлозивно испарување, отстранувајќи ги површинските загадувачи - ова го дефинира ласерското влажно чистење.
3) Ласерско плазма чистење со ударни бранови
Ласерските плазма ударни бранови се формираат кога ласерите го јонизираат воздухот во сферични плазма ударни бранови за време на зрачењето. Овие ударни бранови удираат во подлогите, ослободувајќи енергија за отстранување на загадувачите без оштетување на подлогата (ласерите не комуницираат директно со подлогите). Оваа технологија чисти честички со големина од десетици нанометри и не наметнува ограничувања на брановата должина на ласерот.
Физичките принципи на чистење со плазма се сумирани на следниов начин:
а) Ласерските зраци се апсорбираат од слојот на загадувач на целната површина.
б) Високата апсорпција на енергија формира брзорастечка плазма (високо јонизиран нестабилен гас), генерирајќи ударни бранови.
в) Ударните бранови фрагментираат и отстрануваат загадувачи.
г) Ласерските импулси мора да бидат доволно кратки за да се избегне акумулација на топлина што ја оштетува подлогата.
д) Експериментите покажуваат дека плазмата се формира на метални површини кога се присутни оксиди.
Генерирањето на плазма се случува само над прагот на густина на енергија, кој зависи од загадувачот или оксидниот слој што треба да се отстрани. Постои втор повисок праг, над кој подлогата е оштетена. За да се обезбеди ефикасно чистење без оштетување на подлогата, параметрите на ласерот мора да се прилагодат за да се одржи густината на енергијата на пулсот помеѓу двата прага.
Во 2001 година, Џ.М. Ли и сор. користеа плазма ударни бранови од ласери со висока моќност. Пулсен ласер со густина на енергија од 2,0 J/cm² (далеку над прагот на оштетување на силициумот) паралелно озрачи силициумски плочки, успешно отстранувајќи волфрамски честички од 1 μm. Строго кажано, ласерското чистење со плазма ударни бранови е подвид на хемиско чистење.
Првично развиени за отстранување на микроскопски честички од полупроводнички плочки, овие три технологии за ласерско чистење се проширија на чистење на мувла од гуми, отстранување на боја на авионската кожа, реставрација на културни реликвии и друго. Инертен гас може да се дува врз подлогите за време на ласерското зрачење за моментално отстранување на одвоените загадувачи, спречувајќи ја повторната контаминација и оксидацијата.
Примени на технологијата за ласерско чистење
1) Полупроводничка индустрија: Чистење на полупроводнички плочки и оптички подлоги
Полупроводничките плочки и оптичките подлоги минуваат низ идентични чекори на обработка (сечење, мелење) за да ги формираат посакуваните форми, внесувајќи честички загадувачи кои тешко се отстрануваат и се склони кон повторно контаминација. Загадувачите на плочките го нарушуваат квалитетот на печатењето на кола и го скратуваат животниот век на чипот. На оптичките подлоги, тие ги влошуваат перформансите на оптичкиот уред и облогата, предизвикувајќи нееднаква распределба на енергијата и намален век на траење.
Ласерското хемиско чистење ретко се користи овде поради ризици од оштетување на подлогата, додека влажното чистење и чистењето со ударни бранови со плазма имаат бројни успешни апликации. Xu Chuanyi et al. нанеле магнетна боја со микронска скала како диелектричен филм на ултра-мазни оптички подлоги, постигнувајќи ефикасно чистење со пулсен ласер. Иако вкупните честички со нечистотии се зголемиле, нивната големина и покриеност значително се намалиле. Zhang Ping ги проучувал ефектите од работното растојание и енергијата на ласерот врз ефикасноста на чистењето за честички со различна големина. Експериментите покажале дека ласер од 240 mJ постигнал оптимално чистење на честички од полистирен на спроводливо стакло на работно растојание од 1,90 mm. Ефикасноста на чистењето се подобрила со поголема енергија на ласерот, а поголемите честички биле полесни за отстранување.
2) Метална индустрија: Чистење на метални површини
Чистењето на металните површини ги таргетира макроскопските загадувачи: слоеви од оксид/'рѓа, боја, премази и други додатоци, категоризирани како органски (боја, премази) или неоргански ('рѓа) загадувачи. Чистењето ги исполнува барањата за последователна обработка/употреба: на пр., отстранување на слоеви од оксид со дебелина од 10 μm од титаниумските легури пред заварување, отстранување на бојата од обвивките на авионите за повторно боење и чистење на остатоци од гума од калапите за гуми за да се обезбеди квалитет на производот и век на траење на калапот.
Металите имаат повисоки прагови на оштетување од нивните прагови на чистење на загадувачи, што овозможува ефикасно чистење со соодветно напојувани ласери. Постарите апликации вклучуваат: Ванг Лихуа и сор. покажаа дека ласер од 5,1 J/cm² отстранил оксидни слоеви од алуминиумска легура A5083-111H, зачувувајќи го квалитетот на подлогата, а пулсен ласер од 100 W ефикасно ги исчистил оксидните слоеви од титаниумска легура и ја зголемил површинската тврдост. Домашните производители (Raycus Laser, Han's Laser, Shenzhen Chuangxin) широко снабдуваат опрема за ласерско чистење за гумени калапи, отстранување на 'рѓа од метал и делумно отстранување на масло.
3) Зачувување на културни реликвии: Чистење на културни реликвии и хартиени артефакти
Металните и камените културни реликвии со текот на времето акумулираат нечистотија, дамки од мастило и други загадувачи, што бара отстранување за да се врати оригиналниот изглед. Хартиените артефакти (слики, калиграфија) развиваат мувла и плаки за време на неправилно складирање, сериозно нарушувајќи ја нивната состојба и културна/историска вредност.
Жао Јинг и сор. потврдија УВ ласерско чистење на плаки од мувла на оризова хартија: едно скенирање со 3,2 J/mm² отстрани тенките плаки, додека две скенирања постигнаа целосно отстранување; прекумерната ласерска енергија ја оштети хартијата. Жанг Сјаотонг успешно реставрира позлатен бронзен артефакт користејќи го методот со ласерски влажен метод. Жанг Личенг примени ласерско чистење на насликана женска грнчарска фигурина од династијата Хан. Јуан Сјаодонг и сор. ја оценија ефикасноста на ласерското чистење на камени реликвии, споредувајќи го оштетувањето на подлогата и ефикасноста на отстранување на мастило, чад и дамки од боја на песочник.
Заклучок
Ласерското чистење е напредна технологија со широки перспективи за истражување и примена во воздухопловството, воената опрема, електрониката и други високопрецизни области. Зрела во повеќе индустрии поради својата ефикасност, еколошка прифатливост и супериорни резултати од чистење, нејзината примена продолжува да се шири. Покрај веќе воспоставеното отстранување на боја и 'рѓа, неодамнешните достигнувања вклучуваат ласерско чистење на оксидни слоеви на метални жици. Идниот развој зависи од проширување на постојните апликации, влегување во нови области и иновирање на опрема:
- Зајакнување на теоретските истражувања за насочување на практичните апликации. Сегашните истражувања во голема мера се потпираат на експерименти, на кои им недостасува зрела теоретска рамка. Воспоставувањето таква рамка е клучно за технолошката зрелост.
- Проширување на апликациите во постојните и новите области. Созревање во отстранувањето на боја/'рѓа, новите употреби вклучуваат чистење на метални жици со оксид, обезбедувајќи плодна почва за раст.
- Развивање на нова опрема за ласерско чистење, која ќе се насочи кон повеќенаменски универзални уреди (на пр., комбинирано отстранување на боја/'рѓа) и специјализирани алатки (на пр., прилагодени тела/влакна за ограничени простори). Целосната автоматизација преку интеграција со индустриски роботи е ветувачка насока.
Време на објавување: 14 мај 2026 година
