تستخدم تقنية التنظيف بالليزر عرض نبضي ضيق وأشعة ليزر ذات طاقة عالية الكثافة على سطح الجسم المراد تنظيفه.من خلال التأثيرات المجمعة للاهتزاز السريع والتبخر والتحلل وتقشير البلازما، تخضع الملوثات وبقع الصدأ أو الطلاءات الموجودة على السطح للتبخر والانفصال الفوري، مما يحقق تنظيف السطح.
يوفر التنظيف بالليزر مزايا مثل عدم الاتصال، وصديق للبيئة، والدقة الفعالة، وعدم الإضرار بالركيزة، مما يجعله قابلاً للتطبيق في سيناريوهات مختلفة.
التنظيف بالليزر
خضراء وفعالة
تستخدم صناعة الإطارات، وصناعة الطاقة الجديدة، وصناعة آلات البناء، من بين أمور أخرى، التنظيف بالليزر على نطاق واسع.في عصر أهداف "الكربون المزدوج"، يظهر التنظيف بالليزر كحل جديد في سوق التنظيف التقليدي بسبب كفاءته العالية، وإمكانية التحكم الدقيقة، وخصائصه الصديقة للبيئة.
مفهوم التنظيف بالليزر:
يتضمن التنظيف بالليزر تركيز أشعة الليزر على سطح المادة لتبخير أو إزالة الملوثات السطحية بسرعة، مما يؤدي إلى تنظيف سطح المادة.بالمقارنة مع مختلف طرق التنظيف الفيزيائية أو الكيميائية التقليدية، يتميز التنظيف بالليزر بعدم الاتصال، وعدم وجود مواد استهلاكية، وعدم التلوث، والدقة العالية، والحد الأدنى أو عدم وجود ضرر، مما يجعله خيارًا مثاليًا للجيل الجديد من تكنولوجيا التنظيف الصناعي.
مبدأ التنظيف بالليزر:
مبدأ التنظيف بالليزر معقد وقد يشمل عمليات فيزيائية وكيميائية.وفي كثير من الحالات، تهيمن العمليات الفيزيائية، مصحوبة بتفاعلات كيميائية جزئية.يمكن تصنيف العمليات الرئيسية إلى ثلاثة أنواع: عملية التبخير، وعملية الصدمة، وعملية التذبذب.
عملية التغويز:
عند تطبيق إشعاع ليزر عالي الطاقة على سطح مادة ما، يمتص السطح طاقة الليزر ويحولها إلى طاقة داخلية، مما يتسبب في زيادة درجة حرارة السطح بسرعة.يصل هذا الارتفاع في درجة الحرارة إلى درجة حرارة تبخر المادة أو يتجاوزها، مما يؤدي إلى انفصال الملوثات عن سطح المادة على شكل بخار.يحدث التبخير الانتقائي غالبًا عندما يكون معدل امتصاص الملوثات لليزر أعلى بكثير من معدل امتصاص الركيزة.مثال تطبيقي نموذجي هو تنظيف الأوساخ على الأسطح الحجرية.كما هو موضح في الرسم البياني أدناه، تمتص الملوثات الموجودة على سطح الحجر الليزر بقوة وتتبخر بسرعة.بمجرد إزالة الملوثات بالكامل، ويشع الليزر سطح الحجر، يصبح الامتصاص أضعف، ويتم تشتيت المزيد من طاقة الليزر على سطح الحجر.وبالتالي يكون هناك تغير طفيف في درجة حرارة سطح الحجر، وبالتالي حمايته من التلف.
تحدث عملية نموذجية تتضمن في المقام الأول إجراءً كيميائيًا عند تنظيف الملوثات العضوية باستخدام أشعة الليزر ذات الطول الموجي فوق البنفسجي، وهي عملية تُعرف باسم الاستئصال بالليزر.تتميز أشعة الليزر فوق البنفسجية بأطوال موجية أقصر وطاقة فوتون أعلى.على سبيل المثال، يحتوي ليزر excimer KrF ذو الطول الموجي 248 نانومتر على طاقة فوتون تبلغ 5 فولت، وهو أعلى 40 مرة من فوتونات ليزر ثاني أكسيد الكربون (0.12 فولت).طاقة الفوتون العالية هذه كافية لكسر الروابط الجزيئية في المواد العضوية، مما يتسبب في كسر روابط CC وCH وCO وما إلى ذلك في الملوثات العضوية عند امتصاص طاقة الفوتون من الليزر، مما يؤدي إلى تغويز الانحلال الحراري وإزالتها من سطح.
عملية الصدمة في التنظيف بالليزر:
تتضمن عملية الصدمة في التنظيف بالليزر سلسلة من التفاعلات التي تحدث أثناء التفاعل بين الليزر والمادة، مما يؤدي إلى تأثير موجات الصدمة على سطح المادة.وتحت تأثير موجات الصدمة هذه، تتحطم الملوثات السطحية إلى غبار أو شظايا، وتتقشر بعيدًا عن السطح.وتتنوع الآليات المسببة لهذه الموجات الصدمية، بما في ذلك البلازما والبخار وظاهرة التمدد والانكماش الحراري السريع.
بأخذ موجات صدمة البلازما كمثال، يمكننا أن نفهم بإيجاز كيف تقوم عملية الصدمة في التنظيف بالليزر بإزالة الملوثات السطحية.مع تطبيق عرض النبضة القصيرة جدًا (ns) وأشعة الليزر ذات طاقة الذروة العالية جدًا (107-1010 واط／سم2)، يمكن أن ترتفع درجة حرارة السطح بشكل حاد إلى درجات حرارة التبخر حتى لو كان امتصاص السطح لليزر ضعيفًا.يؤدي هذا الارتفاع السريع في درجة الحرارة إلى تكوين بخار فوق سطح المادة، كما هو موضح في الرسم التوضيحي (أ).يمكن أن تصل درجة حرارة البخار إلى 104 - 105 كلفن، وهي كافية لتأيين البخار نفسه أو الهواء المحيط، وتشكيل البلازما.تمنع البلازما الليزر من الوصول إلى سطح المادة، مما قد يوقف تبخر السطح.ومع ذلك، تستمر البلازما في امتصاص طاقة الليزر، مما يزيد من درجة حرارتها ويخلق حالة موضعية من درجة الحرارة والضغط المرتفعين للغاية.ويولد هذا تأثيرًا لحظيًا يتراوح من 1 إلى 100 كيلو بار على سطح المادة وينتقل تدريجيًا إلى الداخل، كما هو موضح في الرسوم التوضيحية (ب) و(ج).تحت تأثير موجة الصدمة، تتكسر الملوثات السطحية إلى غبار أو جزيئات أو شظايا صغيرة.عندما يتحرك الليزر بعيدًا عن الموقع المشعع، تختفي البلازما على الفور، مما يخلق ضغطًا سلبيًا محليًا، وتتم إزالة جزيئات أو أجزاء الملوثات من السطح، كما هو موضح في الرسم التوضيحي (د).
عملية التذبذب في التنظيف بالليزر:
في عملية التذبذب للتنظيف بالليزر، يحدث كل من تسخين وتبريد المادة بسرعة كبيرة تحت تأثير أشعة الليزر قصيرة النبض.نظرًا لاختلاف معاملات التمدد الحراري للمواد المختلفة، فإن الملوثات السطحية والركيزة تخضع لتمدد حراري عالي التردد وانكماش بدرجات متفاوتة عند تعرضها لإشعاع الليزر قصير النبض.يؤدي هذا إلى تأثير تذبذب يؤدي إلى تقشر الملوثات من سطح المادة.
خلال عملية التقشير هذه، قد لا يحدث تبخر للمادة، ولا تتشكل البلازما بالضرورة.بدلاً من ذلك، تعتمد العملية على قوى القص المتولدة عند السطح البيني بين المادة الملوثة والركيزة تحت تأثير التذبذب، والتي تكسر الرابطة بينهما.أظهرت الدراسات أن زيادة زاوية سقوط الليزر بشكل طفيف يمكن أن تعزز الاتصال بين الليزر والملوثات الجسيمية وواجهة الركيزة.يقلل هذا الأسلوب من عتبة التنظيف بالليزر، مما يجعل التأثير التذبذبي أكثر وضوحًا ويحسن كفاءة التنظيف.ومع ذلك، لا ينبغي أن تكون زاوية السقوط كبيرة جدًا، حيث أن الزاوية العالية جدًا يمكن أن تقلل من كثافة الطاقة المؤثرة على سطح المادة، وبالتالي إضعاف قدرة الليزر على التنظيف.
التطبيقات الصناعية للتنظيف بالليزر:
1: صناعة القوالب
يتيح التنظيف بالليزر تنظيف القوالب بدون تلامس، مما يضمن سلامة أسطح القالب.فهو يضمن الدقة ويمكنه تنظيف جزيئات الأوساخ التي يقل حجمها عن الميكرون والتي قد تواجه طرق التنظيف التقليدية صعوبة في إزالتها.وهذا يحقق تنظيفًا حقيقيًا خاليًا من التلوث وفعالًا وعالي الجودة.
2: صناعة الأجهزة الدقيقة
في الصناعات الميكانيكية الدقيقة، غالبًا ما تحتاج المكونات إلى إزالة الإسترات والزيوت المعدنية المستخدمة في التشحيم ومقاومة التآكل.تُستخدم الطرق الكيميائية بشكل شائع للتنظيف، ولكنها غالبًا ما تترك بقايا.يمكن للتنظيف بالليزر إزالة الإسترات والزيوت المعدنية بالكامل دون الإضرار بسطح المكونات.تؤدي الانفجارات الناتجة عن الليزر لطبقات الأكسيد على أسطح المكونات إلى حدوث موجات صدمية، مما يتسبب في إزالة الملوثات دون تفاعل ميكانيكي.
3: صناعة السكك الحديدية
حاليًا، يستخدم تنظيف السكك الحديدية قبل اللحام في الغالب طحن العجلات وصنفرتها، مما يؤدي إلى تلف شديد في الركيزة والضغط المتبقي.علاوة على ذلك، فهي تستهلك كمية كبيرة من المواد الاستهلاكية الكاشطة، مما يؤدي إلى ارتفاع التكاليف وتلوث الغبار الخطير.يمكن أن يوفر التنظيف بالليزر تقنية تنظيف عالية الجودة وفعالة وصديقة للبيئة لإنتاج مسارات السكك الحديدية عالية السرعة في الصين.فهو يعالج مشكلات مثل ثقوب السكك الحديدية غير الملحومة، والبقع الرمادية، وعيوب اللحام، مما يعزز استقرار وسلامة عمليات السكك الحديدية عالية السرعة.
4: صناعة الطيران
تحتاج أسطح الطائرات إلى إعادة الطلاء بعد فترة معينة، ولكن قبل الطلاء يجب إزالة الطلاء القديم بالكامل.يعد الغمر/المسح الكيميائي إحدى الطرق الرئيسية لتجريد الطلاء في قطاع الطيران، مما يتسبب في نفايات كيميائية كبيرة وعدم القدرة على إزالة الطلاء موضعيًا لأغراض الصيانة.يمكن للتنظيف بالليزر أن يحقق إزالة عالية الجودة للطلاء من سطح جلد الطائرة، كما أنه قابل للتكيف بسهولة مع الإنتاج الآلي.وحاليا، بدأ تطبيق هذه التكنولوجيا في صيانة بعض نماذج الطائرات المتطورة في الخارج.
5: الصناعة البحرية
عادةً ما يستخدم التنظيف قبل الإنتاج في الصناعة البحرية طرق السفع الرملي، مما يسبب تلوثًا شديدًا بالغبار للبيئة المحيطة.ومع الحظر التدريجي للسفع الرملي، فقد أدى ذلك إلى انخفاض الإنتاج أو حتى إغلاق شركات بناء السفن.ستوفر تقنية التنظيف بالليزر حل تنظيف صديق للبيئة وخالي من التلوث للطلاء المضاد للتآكل لأسطح السفن.
由用户整理投稿发布，不代表本站观点及立场，仅供交流学习之用，如涉及版权等问题，请随时联系我们(yangmei@bjjcz.com)，我们将在第一时间给予处理。
وقت النشر: 16 يناير 2024