La tecnologia di pulizia laser utilizza laser a larghezza di impulso ridotta e ad alta densità di potenza sulla superficie dell'oggetto da pulire.Attraverso gli effetti combinati di vibrazione rapida, vaporizzazione, decomposizione e peeling al plasma, contaminanti, macchie di ruggine o rivestimenti sulla superficie subiscono evaporazione e distacco istantanei, ottenendo la pulizia della superficie.
La pulizia laser offre vantaggi come precisione senza contatto, rispettosa dell'ambiente, efficiente e nessun danno al substrato, rendendola applicabile in vari scenari.
Pulizia laser
Verde ed efficiente
L’industria dei pneumatici, l’industria delle nuove energie e l’industria delle macchine edili, tra gli altri, applicano ampiamente la pulizia laser.Nell'era degli obiettivi del "doppio carbonio", la pulizia laser sta emergendo come una nuova soluzione nel mercato della pulizia tradizionale grazie alla sua elevata efficienza, controllabilità precisa e caratteristiche rispettose dell'ambiente.
Concetto di pulizia laser:
La pulizia laser prevede la focalizzazione dei raggi laser sulla superficie del materiale per vaporizzare o staccare rapidamente i contaminanti superficiali, ottenendo la pulizia della superficie del materiale.Rispetto ai vari metodi tradizionali di pulizia fisica o chimica, la pulizia laser è caratterizzata da assenza di contatto, assenza di materiali di consumo, assenza di inquinamento, alta precisione e danni minimi o assenti, rendendola la scelta ideale per la nuova generazione di tecnologie di pulizia industriale.
Principio della pulizia laser:
Il principio della pulizia laser è complesso e può coinvolgere sia processi fisici che chimici.In molti casi dominano i processi fisici, accompagnati da reazioni chimiche parziali.I processi principali possono essere classificati in tre tipi: processo di vaporizzazione, processo di shock e processo di oscillazione.
Processo di gassificazione:
Quando l'irradiazione laser ad alta energia viene applicata alla superficie di un materiale, la superficie assorbe l'energia laser e la converte in energia interna, provocando un rapido aumento della temperatura superficiale.Questo aumento di temperatura raggiunge o supera la temperatura di vaporizzazione del materiale, provocando il distacco dei contaminanti dalla superficie del materiale sotto forma di vapore.La vaporizzazione selettiva si verifica spesso quando il tasso di assorbimento dei contaminanti da parte del laser è significativamente superiore a quello del substrato.Un tipico esempio di applicazione è la pulizia dello sporco su superfici lapidee.Come mostrato nello schema seguente, i contaminanti sulla superficie della pietra assorbono fortemente il laser e vengono rapidamente vaporizzati.Una volta che i contaminanti sono stati completamente rimossi e il laser irradia la superficie della pietra, l'assorbimento è più debole e una maggiore energia laser viene dispersa dalla superficie della pietra.Di conseguenza, il cambiamento della temperatura della superficie della pietra è minimo, proteggendola così da eventuali danni.
Un tipico processo che coinvolge principalmente l’azione chimica si verifica quando si puliscono i contaminanti organici con laser a lunghezza d’onda ultravioletta, un processo noto come ablazione laser.I laser ultravioletti hanno lunghezze d’onda più corte e un’energia fotonica più elevata.Ad esempio, un laser ad eccimeri KrF con una lunghezza d'onda di 248 nm ha un'energia fotonica di 5 eV, che è 40 volte superiore a quella dei fotoni del laser CO2 (0,12 eV).Un'energia fotonica così elevata è sufficiente a rompere i legami molecolari nei materiali organici, causando la frattura dei legami CC, CH, CO, ecc. nei contaminanti organici dopo l'assorbimento dell'energia fotonica del laser, portando alla gassificazione pirolitica e alla rimozione dal superficie.
Processo d'urto nella pulizia laser:
Il processo d'urto nella pulizia laser prevede una serie di reazioni che si verificano durante l'interazione tra il laser e il materiale, provocando onde d'urto che colpiscono la superficie del materiale.Sotto l'influenza di queste onde d'urto, i contaminanti superficiali si frantumano in polvere o frammenti, staccandosi dalla superficie.I meccanismi che causano queste onde d’urto sono vari, inclusi plasma, vapore e fenomeni di rapida espansione e contrazione termica.
Prendendo come esempio le onde d’urto del plasma, possiamo capire brevemente come il processo d’urto nella pulizia laser rimuove i contaminanti superficiali.Con l’applicazione di laser con larghezza di impulso ultrabreve (ns) e potenza di picco ultraelevata (107–1010 W／cm2), la temperatura superficiale può aumentare bruscamente fino alle temperature di vaporizzazione anche se l’assorbimento superficiale del laser è debole.Questo rapido aumento della temperatura forma vapore sopra la superficie del materiale, come mostrato nell'illustrazione (a).La temperatura del vapore può raggiungere i 104 – 105 K, sufficiente a ionizzare il vapore stesso o l'aria circostante, formando un plasma.Il plasma impedisce al laser di raggiungere la superficie del materiale, arrestando possibilmente la vaporizzazione superficiale.Tuttavia, il plasma continua ad assorbire l’energia laser, aumentando ulteriormente la sua temperatura e creando uno stato localizzato di temperatura e pressione estremamente elevate.Questo genera un impatto momentaneo di 1-100 kbar sulla superficie del materiale e si trasmette progressivamente verso l'interno, come mostrato nelle illustrazioni (b) e (c).Sotto l'impatto dell'onda d'urto, i contaminanti superficiali si fratturano in minuscole polveri, particelle o frammenti.Quando il laser si allontana dalla posizione irradiata, il plasma scompare prontamente, creando una pressione negativa locale, e le particelle o i frammenti dei contaminanti vengono rimossi dalla superficie, come mostrato nell'illustrazione (d).
Processo di oscillazione nella pulizia laser:
Nel processo di oscillazione della pulizia laser, sia il riscaldamento che il raffreddamento del materiale avvengono in modo estremamente rapido sotto l'influenza di laser a impulsi brevi.A causa dei diversi coefficienti di dilatazione termica dei vari materiali, i contaminanti superficiali e il substrato subiscono espansione e contrazione termica ad alta frequenza di vario grado quando esposti a irradiazione laser a impulsi brevi.Ciò porta ad un effetto oscillatorio che fa sì che i contaminanti si stacchino dalla superficie del materiale.
Durante questo processo di peeling, potrebbe non verificarsi la vaporizzazione del materiale, né si forma necessariamente plasma.Invece, il processo si basa sulle forze di taglio generate all’interfaccia tra il contaminante e il substrato sotto l’azione oscillatoria, che rompono il legame tra loro.Gli studi hanno dimostrato che aumentando leggermente l'angolo di incidenza del laser è possibile migliorare il contatto tra il laser, i contaminanti particolati e l'interfaccia del substrato.Questo approccio abbassa la soglia per la pulizia laser, rendendo l’effetto oscillatorio più pronunciato e migliorando l’efficienza della pulizia.Tuttavia, l'angolo di incidenza non dovrebbe essere troppo grande, poiché un angolo molto elevato può ridurre la densità di energia che agisce sulla superficie del materiale, indebolendo così la capacità di pulizia del laser.
Applicazioni industriali della pulizia laser:
1: Industria degli stampi
La pulizia laser consente la pulizia senza contatto degli stampi, garantendo la sicurezza delle superfici dello stampo.Garantisce precisione ed è in grado di pulire le particelle di sporco di dimensioni inferiori al micron che i metodi di pulizia tradizionali potrebbero avere difficoltà a rimuovere.Ciò consente di ottenere una pulizia davvero priva di inquinamento, efficiente e di alta qualità.
2: Industria degli strumenti di precisione
Nelle industrie meccaniche di precisione, spesso è necessario rimuovere dai componenti esteri e oli minerali utilizzati per la lubrificazione e la resistenza alla corrosione.Per la pulizia vengono comunemente utilizzati metodi chimici, ma spesso lasciano residui.La pulizia laser può rimuovere completamente esteri e oli minerali senza danneggiare la superficie dei componenti.Le esplosioni indotte dal laser di strati di ossido sulle superfici dei componenti provocano onde d'urto, provocando la rimozione di contaminanti senza interazione meccanica.
3: Industria ferroviaria
Attualmente, la pulizia delle rotaie prima della saldatura utilizza prevalentemente la molatura e la levigatura delle mole, con conseguenti gravi danni al substrato e stress residuo.Inoltre, consuma una quantità significativa di materiali di consumo abrasivi, con conseguenti costi elevati e un grave inquinamento da polveri.La pulizia laser può fornire una tecnica di pulizia di alta qualità, efficiente ed ecologica per la produzione di binari ferroviari ad alta velocità in Cina.Affronta problemi quali buchi ferroviari senza giunzioni, punti grigi e difetti di saldatura, migliorando la stabilità e la sicurezza delle operazioni ferroviarie ad alta velocità.
4: Industria aeronautica
Le superfici degli aerei dopo un certo periodo necessitano di essere riverniciate, ma prima di verniciare è necessario rimuovere completamente la vecchia vernice.L'immersione/pulizia chimica è uno dei principali metodi di sverniciatura nel settore aeronautico, causando notevoli sprechi chimici e l'impossibilità di ottenere una rimozione localizzata della vernice per la manutenzione.La pulizia laser può ottenere una rimozione di alta qualità della vernice dalla superficie del rivestimento dell'aereo ed è facilmente adattabile alla produzione automatizzata.Attualmente, questa tecnologia ha iniziato ad essere applicata nella manutenzione di alcuni modelli di aerei di fascia alta all'estero.
5: Industria marittima
La pulizia pre-produzione nel settore marittimo utilizza comunemente metodi di sabbiatura, causando un grave inquinamento da polvere nell'ambiente circostante.Il progressivo divieto della sabbiatura ha comportato una riduzione della produzione o addirittura la chiusura delle imprese di costruzione navale.La tecnologia di pulizia laser fornirà una soluzione di pulizia ecologica e priva di inquinamento per il rivestimento anticorrosivo delle superfici delle navi.
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Orario di pubblicazione: 16 gennaio 2024