Manufaktur kelas atas dan konservasi energi serta pengurangan emisi mempunyai kebutuhan yang semakin mendesak akan proses yang canggih. Dalam hal pengolahan permukaan industri, terdapat kebutuhan mendesak untuk peningkatan teknologi dan proses yang komprehensif. Proses pembersihan industri tradisional, seperti pembersihan gesekan mekanis, pembersihan korosi kimia, pembersihan dampak kuat, pembersihan ultrasonik frekuensi tinggi, tidak hanya memiliki siklus pembersihan yang panjang, tetapi juga sulit untuk diotomatisasi, memiliki efek berbahaya terhadap lingkungan, dan gagal mencapai tujuan. efek pembersihan yang diinginkan. Itu tidak dapat memenuhi kebutuhan pemrosesan yang baik.
Mesin Pembersih Laser Presisi: Pengganggu dalam Pembersihan Industri
Namun, dengan semakin banyaknya kontradiksi antara perlindungan lingkungan, efisiensi tinggi, dan presisi tinggi, metode pembersihan industri tradisional menghadapi tantangan besar. Pada saat yang sama, berbagai teknologi pembersihan yang ramah lingkungan dan cocok untuk suku cadang di bidang ultra-finishing telah bermunculan, dan teknologi pembersihan laser adalah salah satunya.
Konsep Pembersihan Laser
Pembersihan laser adalah teknologi yang menggunakan laser terfokus untuk bekerja pada permukaan suatu bahan untuk menguapkan atau mengelupas kontaminan pada permukaan dengan cepat, sehingga dapat membersihkan permukaan bahan tersebut. Dibandingkan dengan berbagai metode pembersihan fisik atau kimia tradisional, pembersihan laser memiliki karakteristik tanpa kontak, tanpa bahan habis pakai, tanpa polusi, presisi tinggi, tidak ada kerusakan atau kerusakan kecil, dan merupakan pilihan ideal untuk teknologi pembersihan industri generasi baru.
Prinsip Kerja Mesin Pembersih Laser
Prinsip mesin pembersih laser lebih rumit, dan mungkin mencakup proses fisik dan kimia. Dalam banyak kasus, proses fisik merupakan proses utama, disertai dengan beberapa reaksi kimia. Proses utama dapat diklasifikasikan menjadi tiga kategori, antara lain proses gasifikasi, proses guncangan, dan proses osilasi.
Proses Gasifikasi
Ketika laser berenergi tinggi disinari pada permukaan material, permukaan tersebut menyerap energi laser dan mengubahnya menjadi energi internal, sehingga suhu permukaan naik dengan cepat dan mencapai di atas suhu penguapan material, sehingga polutannya adalah dipisahkan dari permukaan material dalam bentuk uap. Penguapan selektif biasanya terjadi ketika tingkat penyerapan sinar laser oleh kontaminan permukaan jauh lebih tinggi dibandingkan dengan substrat. Kasus aplikasi yang umum adalah pembersihan kotoran pada permukaan batu. Seperti terlihat pada gambar di bawah, polutan pada permukaan batu memiliki daya serap laser yang kuat dan cepat menguap. Ketika polutan dihilangkan dan laser disinari pada permukaan batu, penyerapannya lemah, lebih banyak energi laser yang dihamburkan ke permukaan batu, perubahan suhu permukaan batu kecil, dan permukaan batu terlindungi dari kerusakan.
Proses berbasis kimia yang khas terjadi ketika laser pada pita ultraviolet digunakan untuk membersihkan kontaminan organik, yang disebut ablasi laser. Laser ultraviolet memiliki panjang gelombang pendek dan energi foton tinggi. Misalnya, laser excimer KrF memiliki panjang gelombang 248 nm dan energi foton sebesar 5 eV, yang 40 kali lebih tinggi dari energi foton laser CO2 (0,12 eV). Energi foton yang tinggi tersebut cukup untuk menghancurkan ikatan molekul bahan organik, sehingga CC, CH, CO, dll. dalam polutan organik dipecah setelah energi foton laser diserap, sehingga terjadi gasifikasi pirolisis dan penghilangan dari permukaan.
Proses Kejutan
Proses guncangan merupakan rangkaian reaksi yang terjadi selama interaksi antara laser dan material, kemudian terbentuk gelombang kejut pada permukaan material. Di bawah pengaruh gelombang kejut, kontaminan permukaan terpecah dan menjadi debu atau serpihan yang terkelupas dari permukaan. Ada banyak mekanisme yang menyebabkan gelombang kejut, termasuk plasma, uap, serta ekspansi dan kontraksi termal yang cepat. Dengan menggunakan gelombang kejut plasma sebagai contoh, kita dapat memahami secara singkat bagaimana proses kejut dalam pembersihan laser menghilangkan kontaminan permukaan. Dengan penerapan laser dengan lebar pulsa sangat pendek (ns) dan daya puncak sangat tinggi (107–1010 W/cm2), suhu permukaan akan tetap meningkat tajam meskipun permukaan menyerap laser secara ringan, dan langsung mencapai suhu penguapan. Di atas, uap terbentuk di atas permukaan material, seperti ditunjukkan pada (a) pada gambar berikut. Suhu uapnya bisa mencapai 104 – 105 K yang dapat mengionisasi uap itu sendiri atau udara di sekitarnya hingga membentuk plasma. Plasma akan menghalangi laser mencapai permukaan material, dan penguapan permukaan material mungkin berhenti, namun plasma akan terus menyerap energi laser, dan suhu akan terus meningkat, membentuk keadaan terlokalisasi. suhu sangat tinggi dan tekanan tinggi, yang menghasilkan 1-100 kbar seketika pada permukaan material. Dampaknya secara bertahap dipindahkan ke bagian dalam material, seperti yang ditunjukkan pada Gambar (b) dan (c) di bawah. Di bawah pengaruh gelombang kejut, kontaminan permukaan dipecah menjadi debu, partikel, atau pecahan kecil. Ketika laser dipindahkan dari posisi iradiasi, plasma menghilang dan tekanan negatif dihasilkan secara lokal, dan partikel atau serpihan kontaminan dihilangkan dari permukaan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar (d) di bawah.
Proses Osilasi
Di bawah pengaruh pulsa pendek, proses pemanasan dan pendinginan material terjadi sangat cepat. Karena bahan yang berbeda memiliki koefisien ekspansi termal yang berbeda, di bawah iradiasi laser pulsa pendek, kontaminan permukaan dan substrat akan mengalami ekspansi dan kontraksi termal frekuensi tinggi dengan derajat yang berbeda, sehingga terjadi osilasi, menyebabkan kontaminan terkelupas dari permukaan bahan. materi. Selama proses pengelupasan kulit ini, penguapan material mungkin tidak terjadi, dan plasma tidak dapat dihasilkan. Sebaliknya, gaya geser yang terbentuk pada antarmuka kontaminan dan substrat di bawah aksi osilasi menghancurkan ikatan antara kontaminan dan substrat. . Penelitian telah menunjukkan bahwa ketika sudut datang laser sedikit ditingkatkan, kontak antara laser dan kontaminasi partikel serta antarmuka substrat dapat ditingkatkan, ambang pembersihan laser dapat dikurangi, efek osilasi menjadi lebih jelas, dan efisiensi pembersihan lebih tinggi. Namun, sudut datangnya tidak boleh terlalu besar. Sudut datang yang terlalu besar akan mengurangi kepadatan energi yang bekerja pada permukaan material dan melemahkan kemampuan pembersihan laser.
Aplikasi Industri Pembersih Laser
Industri Cetakan
Pembersih laser dapat mewujudkan pembersihan cetakan tanpa kontak, yang sangat aman untuk permukaan cetakan, dapat memastikan keakuratannya, dan dapat membersihkan partikel kotoran sub-mikron yang tidak dapat dihilangkan dengan metode pembersihan tradisional, sehingga sebagai untuk mencapai pembersihan yang benar-benar bebas polusi, efisien dan berkualitas tinggi.
Industri Instrumen Presisi
Industri mesin presisi sering kali perlu menghilangkan ester dan minyak mineral yang digunakan untuk pelumasan dan ketahanan terhadap korosi dari suku cadang, biasanya secara kimia, dan pembersihan kimia sering kali meninggalkan residu. Deesterifikasi laser dapat sepenuhnya menghilangkan ester dan minyak mineral tanpa merusak permukaan komponen. Laser mendorong gasifikasi eksplosif pada lapisan oksida tipis pada permukaan komponen untuk membentuk gelombang kejut, yang menghasilkan penghilangan kontaminan, bukan interaksi mekanis.
Industri Kereta Api
Saat ini, semua pembersihan rel pra-pengelasan menggunakan pembersihan jenis roda gerinda dan sabuk abrasif, yang menyebabkan kerusakan serius pada substrat dan tegangan sisa yang serius, serta menghabiskan banyak bahan habis pakai roda gerinda setiap tahun, yang mahal dan menyebabkan masalah serius. pencemaran debu terhadap lingkungan. Pembersihan laser dapat menyediakan teknologi pembersihan ramah lingkungan yang berkualitas tinggi dan efisien untuk produksi peletakan rel kereta api berkecepatan tinggi di negara saya, memecahkan masalah di atas, menghilangkan cacat pengelasan seperti lubang rel mulus dan bintik abu-abu, serta meningkatkan stabilitas dan keamanan jalan raya negara saya. -operasi kereta api berkecepatan tinggi.
Industri Penerbangan
Permukaan pesawat perlu dicat ulang setelah jangka waktu tertentu, tetapi cat asli yang lama harus dihilangkan seluruhnya sebelum dicat. Perendaman/penghapusan kimia merupakan metode pengupasan cat utama di bidang penerbangan. Metode ini menghasilkan sejumlah besar limbah tambahan kimia, dan tidak mungkin dilakukan perawatan lokal dan pengupasan cat. Proses ini merupakan beban kerja yang berat dan berbahaya bagi kesehatan. Pembersihan laser memungkinkan penghilangan cat berkualitas tinggi pada permukaan kulit pesawat dan produksinya mudah diotomatisasi. Saat ini, teknologi pembersihan laser telah diterapkan pada pemeliharaan beberapa model kelas atas.
Industri Kapal
Saat ini, pembersihan kapal pra-produksi sebagian besar menggunakan metode peledakan pasir. Metode peledakan pasir telah menyebabkan pencemaran debu yang serius terhadap lingkungan sekitar dan secara bertahap dilarang, sehingga mengakibatkan pengurangan atau bahkan penghentian produksi oleh produsen kapal. Teknologi pembersihan laser akan memberikan solusi pembersihan ramah lingkungan dan bebas polusi untuk penyemprotan anti korosi pada permukaan kapal.
Persenjataan
Teknologi pembersihan laser telah banyak digunakan dalam perawatan senjata. Sistem pembersihan laser dapat menghilangkan karat dan kontaminan secara efisien dan cepat, serta dapat memilih bagian pembersihan untuk mewujudkan otomatisasi pembersihan. Dengan menggunakan pembersihan laser, tidak hanya kebersihannya yang lebih tinggi dibandingkan proses pembersihan kimiawi, tetapi juga hampir tidak ada kerusakan pada permukaan benda. Dengan mengatur parameter yang berbeda, mesin pembersih laser juga dapat membentuk lapisan pelindung oksida padat atau lapisan peleburan logam pada permukaan benda logam untuk meningkatkan kekuatan permukaan dan ketahanan terhadap korosi. Limbah yang dibuang dengan laser pada dasarnya tidak mencemari lingkungan, dan juga dapat dioperasikan dalam jarak jauh, yang secara efektif mengurangi kerusakan pada kesehatan operator.
Eksterior Bangunan
Semakin banyak gedung pencakar langit yang dibangun, dan masalah pembersihan dinding luar bangunan menjadi semakin menonjol. Sistem pembersihan laser membersihkan dinding luar bangunan dengan baik melalui serat optik. Solusi dengan panjang maksimal 70 meter ini dapat secara efektif membersihkan berbagai polutan pada berbagai batu, logam dan kaca, dan efisiensinya jauh lebih tinggi dibandingkan dengan pembersihan konvensional. Juga dapat menghilangkan flek hitam dan noda pada berbagai batu pada bangunan. Uji pembersihan sistem pembersihan laser pada bangunan dan monumen batu menunjukkan bahwa pembersihan laser memiliki efek yang baik dalam melindungi tampilan bangunan kuno.
Industri Elektronik
Industri elektronik menggunakan laser untuk menghilangkan oksida: Industri elektronik memerlukan dekontaminasi presisi tinggi, dan deoksidasi laser sangat cocok. Pin komponen harus dideoksidasi secara menyeluruh sebelum menyolder papan untuk memastikan kontak listrik yang optimal dan pin tidak boleh rusak selama proses dekontaminasi. Pembersihan laser dapat memenuhi persyaratan penggunaan, dan efisiensinya sangat tinggi, dan hanya diperlukan satu iradiasi laser untuk setiap jarum.
Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir
Sistem pembersihan laser juga digunakan dalam pembersihan pipa reaktor di pembangkit listrik tenaga nuklir. Ia menggunakan serat optik untuk memasukkan sinar laser berkekuatan tinggi ke dalam reaktor untuk menghilangkan debu radioaktif secara langsung, dan bahan yang dibersihkan mudah dibersihkan. Dan karena dioperasikan dari jarak jauh, keselamatan para staf bisa terjamin.
Ringkasan
Industri manufaktur yang maju saat ini telah menjadi puncak persaingan internasional. Sebagai sistem canggih dalam manufaktur laser, mesin pembersih laser memiliki potensi besar untuk nilai aplikasi dalam pengembangan industri. Teknologi pembersihan laser yang berkembang pesat memiliki arti strategis yang sangat penting bagi pembangunan ekonomi dan sosial.