Die Laserreinigung ist eine effektive Methode zur Entfernung von Schmutzpartikeln und Filmschichten unterschiedlicher Materialien und Größen auf festen Oberflächen. Durch die hohe Helligkeit und die gute Ausrichtung des kontinuierlichen oder gepulsten Lasers, durch optische Fokussierung und Punktformung zur Bildung einer bestimmten Punktform und Energieverteilung des Laserstrahls wird das anhaftende Schadstoffmaterial auf die Oberfläche des zu reinigenden kontaminierten Materials gestrahlt Absorbiert die Laserenergie, erzeugt Vibration, Schmelzen, Verbrennung und sogar Vergasung sowie eine Reihe komplexer physikalischer und chemischer Prozesse. Und schließlich werden die Schadstoffe aus der Oberfläche des Materials entfernt. Selbst wenn der Laser auf die gereinigte Oberfläche einwirkt, werden die meisten davon reflektiert, wodurch das Substrat nicht beschädigt wird, um den Reinigungseffekt zu erzielen.
Die Laserreinigung kann nach verschiedenen Klassifizierungsstandards klassifiziert werden. Ob die Substratoberfläche beispielsweise beim Laserreinigungsprozess mit einem Flüssigkeitsfilm bedeckt ist, wird in trockene Laserreinigung und nasse Laserreinigung unterteilt. Ersteres ist die direkte Bestrahlung der Oberfläche des Schadstoffs durch den Laser, und letzteres erfordert das Aufbringen von Feuchtigkeit oder einem Flüssigkeitsfilm auf die Laserreinigungsoberfläche. Die Effizienz der Nasslaserreinigung ist hoch, die Nasslaserreinigung erfordert jedoch eine manuelle Beschichtung des Flüssigkeitsfilms, sodass die Zusammensetzung des Flüssigkeitsfilms die Eigenschaften des Matrixmaterials selbst nicht verändern kann. Daher weist der Einsatzbereich der Nasslaserreinigung im Vergleich zur Trockenlaserreinigungstechnologie gewisse Einschränkungen auf. Die trockene Laserreinigung ist die am weitesten verbreitete Laserreinigungsmethode, bei der ein Laserstrahl direkt die Oberfläche des Werkstücks bestrahlt, um Partikel und Filme zu entfernen.
1. Laser-Trockenreinigung
Das Grundprinzip der Laser-Trockenreinigung besteht darin, dass nach der Bestrahlung der Partikel und des Materialsubstrats durch den Laser die absorbierte Lichtenergie augenblicklich in Wärmeenergie umgewandelt wird, was zu einer sofortigen thermischen Ausdehnung der Partikel oder des Substrats oder beider führt Gleichzeitig wird eine Beschleunigung zwischen den Partikeln und dem Substrat erzeugt. Die durch die Beschleunigung erzeugte Kraft überwindet die Adsorptionskraft zwischen dem Partikel und dem Substrat und bewirkt, dass das Partikel von der Substratoberfläche entweicht.
Entsprechend den unterschiedlichen Absorptionsmethoden der Laser-Trockenreinigung kann die Laser-Trockenreinigung hauptsächlich in die folgenden zwei Formen unterteilt werden:
1. Für Staubpartikel mit einem Schmelzpunkt über dem des Grundmaterials (oder mit einem großen Unterschied in der Laserabsorptionsrate): Die Partikelabsorptionslaserbestrahlung ist zu diesem Zeitpunkt stärker als die Substratabsorption (a) oder das Gegenteil (b). Die Partikelabsorptionslaserlichtenergie wandelt sich in Wärmeenergie um, was zu einer thermischen Ausdehnung des Partikels führt. Obwohl das Ausmaß der thermischen Ausdehnung sehr gering ist, erfolgt die thermische Ausdehnung in einem sehr kurzen Zeitraum, sodass eine enorme sofortige Beschleunigung entsteht auf dem Substrat, während das Substrat auf dem Partikel reagiert. Die Kraft überwindet die Bindungskraft aneinander und löst die Partikel vom Substrat. Das schematische Diagramm sieht wie folgt aus:
2. Für Schmutz mit niedrigem Siedepunkt: Oberflächenschmutz absorbiert direkt Laserenergie, sofortiges Hochtemperatursieden verdampft und direkte Verdampfung entfernt Schmutz, wie in der folgenden Abbildung dargestellt.
2. Laser-Nassreinigung
Die Laser-Nassreinigung wird auch als Laser-Dampfreinigung bezeichnet. Im Vergleich zur Trockenreinigung befindet sich bei der Nassreinigung auf der Oberfläche des zu reinigenden Teils eine dünne Schicht eines einige Mikrometer dicken Flüssigkeitsfilms oder eines mittleren Films. Durch Laserbestrahlung steigt die Temperatur des Flüssigkeitsfilms sofort und erzeugen eine große Anzahl von Blasen bei der Vergasungsreaktion. Die durch die Vergasungsexplosion erzeugte Aufprallkraft überwindet die Adsorptionskraft zwischen den Partikeln und dem Substrat. Je nach Partikel, Flüssigkeitsfilm und Substrat ist der Absorptionskoeffizient der Laserwellenlänge unterschiedlich. Die Laser-Nassreinigung kann in drei Arten unterteilt werden.
1. Das Substrat absorbiert die Laserenergie stark
Wenn der Laser auf das Substrat und den Flüssigkeitsfilm strahlt, ist die Absorption des Lasers durch das Substrat weitaus größer als die des Flüssigkeitsfilms, sodass an der Grenzfläche zwischen dem Substrat und dem Flüssigkeitsfilm ein explosives Vergasungsphänomen auftritt, wie gezeigt in der Abbildung unten. Theoretisch gilt: Je kürzer die Impulszeit, desto leichter kommt es zu einer Überhitzung an der Verbindungsstelle, was zu einer größeren Explosionswirkung führt.
2. Flüssigkeitsfilm absorbiert Laserenergie stark
Das Prinzip dieser Reinigung besteht darin, dass der Flüssigkeitsfilm den größten Teil der Laserenergie absorbiert und es zu einer explosionsartigen Vergasung an der Oberfläche des Flüssigkeitsfilms kommt, wie in der Abbildung unten dargestellt. Zu diesem Zeitpunkt ist die Effizienz der Laserreinigung nicht so gut wie die Absorption des Substrats, da die Explosionskraft zu diesem Zeitpunkt auf der Oberfläche des Flüssigkeitsfilms wirkt. Wenn das Substrat absorbiert wird, treten Blasen und Explosionen an der Schnittstelle zwischen Substrat und Flüssigkeitsfilm auf, und die Aufprallkraft der Explosion drückt die Partikel leichter von der Substratoberfläche weg, sodass die Reinigungswirkung der Substratabsorption besser ist.
3. Sowohl das Substrat als auch der Flüssigkeitsfilm absorbieren Laserenergie
Zu diesem Zeitpunkt ist die Reinigungseffizienz sehr gering. Nach der Laserbestrahlung des Flüssigkeitsfilms wird ein Teil der Laserenergie absorbiert, die Energie wird im gesamten Flüssigkeitsfilm verteilt, der Flüssigkeitsfilm kocht und erzeugt Blasen und der Rest Die Laserenergie wird vom Substrat absorbiert, nachdem sie den Flüssigkeitsfilm passiert hat, wie in der Abbildung dargestellt. Diese Methode erfordert mehr Laserenergie, um kochende Blasen zu erzeugen, die eine Explosion verursachen können. Daher ist diese Methode sehr ineffizient.
Bei Verwendung der Methode der Substratabsorption für die Laser-Nassreinigung wird die Verbindung zwischen dem Flüssigkeitsfilm und dem Substrat überhitzt, da der Großteil der Laserenergie vom Substrat absorbiert wird und an der Grenzfläche Blasen entstehen. Im Vergleich zur Trockenreinigung nutzt der Nasstyp die durch die Explosion der Verbindungsblase erzeugte Aufprallkraft, um eine Laserreinigung zu erreichen. Gleichzeitig kann dem Flüssigkeitsfilm eine bestimmte chemische Substanz hinzugefügt werden, die chemisch mit Schadstoffpartikeln reagiert, um die Adsorptionskraft zwischen den Partikeln und dem Substratmaterial zu verringern und so die Schwelle der Laserreinigung zu senken. Daher kann die Nassreinigung die Reinigungseffizienz bis zu einem gewissen Grad verbessern, es gibt jedoch gleichzeitig bestimmte Schwierigkeiten: Das Einbringen eines Flüssigkeitsfilms kann zu neuer Verschmutzung führen und die Dicke des Flüssigkeitsfilms ist schwer zu kontrollieren.
3. Faktoren, die die Qualität der Laserreinigung beeinflussen
4. die Wirkung der Laserwellenlänge
Die Voraussetzung für die Laserreinigung ist die Laserabsorption. Daher ist es bei der Auswahl einer Laserlichtquelle erforderlich, zunächst die Lichtabsorptionseigenschaften des zu reinigenden Werkstücks zu kombinieren und einen für das Band geeigneten Laser als Laserlichtquelle auszuwählen. Darüber hinaus zeigen experimentelle Untersuchungen ausländischer Wissenschaftler, dass die Reinigung von Schadstoffpartikeln mit den gleichen Eigenschaften umso kürzer ist, je kürzer die Wellenlänge, desto stärker die Reinigungsfähigkeit des Lasers und desto niedriger die Reinigungsschwelle. Es ist ersichtlich, dass unter der Voraussetzung, die Lichtabsorptionseigenschaften des Materials zu erfüllen, zur Verbesserung der Wirkung und Effizienz der Reinigung ein Laser mit einer kürzeren Wellenlänge als Reinigungslichtquelle ausgewählt werden sollte.
5. Einfluss der Leistungsdichte
Bei der Laserreinigung gibt es eine obere Schadensschwelle und eine untere Reinigungsschwelle für die Laserleistungsdichte. In diesem Bereich gilt: Je größer die Laserleistungsdichte der Laserreinigung, desto größer die Reinigungskapazität und desto offensichtlicher der Reinigungseffekt. Daher sollte die Leistungsdichte des Lasers so weit wie möglich verbessert werden, ohne das Grundmaterial zu beschädigen.
6. Einfluss der Impulsbreite
Die Laserreinigungslichtquelle kann Dauerlicht oder gepulstes Licht sein, und der gepulste Laser kann eine hohe Spitzenleistung liefern, sodass er die Schwellenwertanforderungen problemlos erfüllen kann. Darüber hinaus ergab die Studie, dass im Hinblick auf die durch den Reinigungsprozess verursachte thermische Wirkung auf das Substrat die Wirkung des gepulsten Lasers geringer war und der durch den kontinuierlichen Laser verursachte Wärmeeinflussbereich größer war.
7. die Auswirkung der Scangeschwindigkeit und -frequenz
Offensichtlich ist bei der Laserreinigung die Frequenz umso niedriger und die Reinigungseffizienz umso höher, je schneller die Geschwindigkeit des Laserscannens ist. Dies kann jedoch zu einer Verringerung des Reinigungseffekts führen. Daher sollten im eigentlichen Reinigungsanwendungsprozess die geeignete Scangeschwindigkeit und Scanfrequenz entsprechend den Materialeigenschaften des Reinigungswerkstücks und der Verschmutzungssituation ausgewählt werden. Auch die Überlappungsrate beim Scannen usw. wirkt sich auf den Reinigungseffekt aus.
8. Der Effekt der Defokussierungsmenge
Vor der Laserreinigung konvergiert der Laser größtenteils durch eine bestimmte Fokussierungslinsenkombination, und der eigentliche Laserreinigungsprozess wird im Allgemeinen im Falle einer Defokussierung durchgeführt. Je größer die Defokussierung, desto größer der Fleck auf dem Material, desto größer der Scanbereich. desto höher der Wirkungsgrad. Bei konstanter Gesamtleistung ist die Leistungsdichte des Lasers umso größer und die Reinigungsfähigkeit umso stärker, je kleiner der Defokussierungsbetrag ist.
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