Ang prinsipyo, mga tipo ug aplikasyon sa teknolohiya sa pagpanglimpyo sa laser

Prinsipyo, mga tipo ug aplikasyon sapagpanglimpyo gamit ang laserteknolohiya

Ang teknolohiya sa pagpanglimpyo sa laser usa ka malampuson nga aplikasyon sa teknolohiya sa laser sa natad sa inhenyeriya. Ang sukaranang prinsipyo niini mao ang paggamit sa taas nga densidad sa enerhiya sa laser aron makig-uban sa mga kontaminante nga nagtapot sa substrate sa workpiece, hinungdan nga kini mobulag gikan sa substrate sa porma sa dali nga pagpalapad sa kainit, pagkatunaw, ug pag-alisngaw sa gas. Ang teknolohiya sa pagpanglimpyo sa laser gihulagway sa taas nga kahusayan, pagkamaabiabihon sa kalikopan, ug pagdaginot sa enerhiya. Malampuson kini nga gigamit sa mga natad sama sa pagpanglimpyo sa agup-op sa ligid, pagtangtang sa pintura sa lawas sa eroplano, ug pagpahiuli sa mga relikyas sa kultura.

Ang tradisyonal nga mga teknolohiya sa pagpanglimpyo naglakip samekanikal nga paglimpyo sa friction(paglimpyo sa sandblasting, high-pressure water jet cleaning, ug uban pa), kemikal nga pagpanglimpyo sa kaagnasan, ultrasonic cleaning, dry ice cleaning, ug uban pa. Kini nga mga teknolohiya sa pagpanglimpyo kaylap nga gigamit sa lainlaing mga industriya. Pananglitan, ang pagpanglimpyo sa sandblasting makatangtang sa mga lama sa taya sa metal, mga burr sa ibabaw sa metal, ug three-proof varnish sa mga circuit board pinaagi sa pagpili sa mga abrasive nga lainlain ang katig-a. Ang teknolohiya sa pagpanglimpyo sa kemikal nga kaagnasan kaylap nga gigamit sa paglimpyo sa mga lama sa lana sa mga nawong sa kagamitan, scale sa mga boiler, ug mga pipeline sa lana. Bisan kung kini nga mga teknolohiya sa pagpanglimpyo maayo nga naugmad, aduna gihapon kini pipila ka mga problema. Pananglitan, ang pagpanglimpyo sa sandblasting dali nga makadaot sa gitambalan nga nawong, ug ang pagpanglimpyo sa kemikal nga kaagnasan mahimong hinungdan sa polusyon sa kalikopan ug kaagnasan sa gilimpyohan nga nawong kung dili madumala sa husto. Ang pagtungha sa teknolohiya sa pagpanglimpyo sa laser nagrepresentar sa usa ka rebolusyon sa teknolohiya sa pagpanglimpyo. Gipahimuslan niini ang taas nga density sa enerhiya, taas nga katukma, ug episyente nga pagbalhin sa enerhiya sa laser, ug adunay klaro nga mga bentaha kaysa tradisyonal nga mga teknolohiya sa pagpanglimpyo sa mga termino sa kahusayan sa pagpanglimpyo, katukma sa pagpanglimpyo, ug lokasyon sa pagpanglimpyo. Epektibo niini nga malikayan ang polusyon sa kalikopan nga gipahinabo sa pagpanglimpyo sa kemikal nga kaagnasan ug uban pang mga teknolohiya sa pagpanglimpyo, ug dili makadaot sa substrate.

Angprinsipyo sa paglimpyo sa laser

Unsa man ang laser cleaning? Ang laser cleaning usa ka proseso diin ang laser beam gigamit aron makuha ang materyal gikan sa ibabaw sa usa ka solid (o usahay likido). Sa ubos nga laser flux, ang materyal gipainit sa nasuhop nga enerhiya sa laser ug moalisngaw o mo-sublimate. Sa taas nga laser flux, ang materyal kasagaran mahimong plasma. Kasagaran, ang laser cleaning nagtumong sa pagtangtang sa materyal gamit ang pulsed lasers, apan kung ang intensity sa laser igo na kataas, ang usa ka continuous wave laser beam mahimong magamit aron ma-ablate ang materyal. Ang excimer laser sa lawom nga ultraviolet light gigamit labi na alang sa optical ablation. Ang laser wavelength nga gigamit alang sa optical ablation gibana-bana nga 200nm. Ang giladmon sa pagsuhop sa enerhiya sa laser ug ang gidaghanon sa materyal nga gikuha sa usa ka laser pulse nagdepende sa optical properties sa materyal, ingon man ang laser wavelength ug pulse length. Ang kinatibuk-ang masa nga na-ablate gikan sa target sa matag laser pulse kasagaran gitawag nga ablation rate. Ang scanning speed sa laser beam ug ang coverage sa scanning line, ug uban pa, makaapekto pag-ayo sa proseso sa ablation.

Mga Matang sa Teknolohiya sa Pagpanglimpyo sa Laser

1) Laser dry cleaning: Ang dry laser cleaning nagtumong sa direktang pag-irradiate sa cleaning workpiece pinaagi sa pulsed laser, hinungdan nga ang base o surface contaminants mosuhop og enerhiya ug motaas ang temperatura, nga moresulta sa thermal expansion o thermal vibration sa base, sa ingon nagbulag sa duha. Kini nga pamaagi mahimong bahinon sa duha ka sitwasyon: ang usa mao nga ang surface contaminants mosuhop sa laser energy ug molapad; ang lain mao nga ang base mosuhop sa laser energy ug makamugna og thermal vibration. Niadtong 1969, nadiskobrehan ni SM Bedair et al. nga ang lain-laing mga pamaagi sa surface treatment sama sa heat treatment, chemical corrosion, ug sandblasting cleaning adunay lain-laing mga disbentaha. Sa samang higayon, ang taas nga energy density human sa laser focusing makahimo sa panghitabo sa material surface evaporation nga posible, nga makapahimo sa posibilidad sa non-destructive cleaning sa material surface. Pinaagi sa mga eksperimento, nakit-an nga ang paggamit sa ruby ​​Q-switched laser nga adunay power density nga 30 MW/cm2 makab-ot ang paglimpyo sa silicon material surface contaminants nga dili makadaot sa base, ug sa unang higayon, natuman ang laser dry cleaning sa material surface contaminants. Ang kinatibuk-ang gikusgon mahimong ipahayag sa gikusgon sa pagkabulag sa mga tipik sa layer sa pelikula, sama sa mosunod:

Sa pormula, ang ε nagrepresentar sa laser pulse energy index, ang h nagrepresentar sa thickness index sa pollutant film layer, ug ang E nagrepresentar sa elastic modulus index sa film layer.

2) Laser Wet Cleaning: Sa dili pa i-expose ang workpiece nga limpyohan sa pulsed laser, usa ka surface pre-coating liquid film ang i-apply. Ubos sa aksyon sa laser, ang temperatura sa liquid film kusog nga mosaka ug mo-vaporize. Sa higayon sa vaporization, usa ka impact wave ang mamugna, nga molihok sa mga partikulo sa pollutant ug hinungdan nga kini mobulag gikan sa substrate. Kini nga pamaagi nagkinahanglan nga ang substrate ug ang liquid film dili mo-react sa usag usa, sa ingon naglimite sa gilapdon sa magamit nga mga materyales. Niadtong 1991, gitubag ni K. Imen et al. ang problema sa nahabilin nga sub-micron particle pollutants sa mga nawong sa semiconductor wafers ug metal nga mga materyales human gigamit ang tradisyonal nga mga pamaagi sa pagpanglimpyo, ug gitun-an ang aplikasyon sa pag-coat sa usa ka film sa nawong sa materyal nga substrate nga episyente nga makasuhop sa enerhiya sa laser. Sunod, gamit ang CO2 laser, ang film mosuhop sa enerhiya sa laser ug paspas nga motaas ang temperatura ug mobukal, nga makamugna og explosive vaporization, nga nagtangtang sa mga pollutant gikan sa nawong sa substrate. Kini nga pamaagi sa pagpanglimpyo gitawag og laser wet cleaning.

3) Pagpanglimpyo sa Laser Plasma Shock Wave: Ang laser plasma shock waves mamugna kon ang laser mo-irradiate sa air medium ug moresulta sa pagporma og spherical plasma shock wave. Ang shock wave molihok sa nawong sa workpiece nga limpyohan ug mopagawas og enerhiya aron makuha ang mga pollutant. Ang laser dili molihok sa substrate, busa dili makadaot sa substrate. Ang teknolohiya sa pagpanglimpyo sa laser plasma shock wave makalimpyo na karon og mga partikulo nga adunay diyametro nga pipila ka napulo ka nanometer, ug walay mga restriksyon sa laser wavelength. Ang pisikal nga prinsipyo sa pagpanglimpyo sa plasma mahimong masumaryo sama sa mosunod: a) Ang laser beam nga gipagawas sa laser masuhop sa contamination layer sa gitambalan nga nawong. b) Ang daghang absorption nagporma og paspas nga nagkalapad nga plasma (highly ionized unstable gas) ug makamugna og impact wave. c) Ang impact wave hinungdan nga ang mga pollutant mabungkag ug matangtang. d) Ang pulse width sa light pulse kinahanglan nga mubo aron malikayan ang thermal accumulation nga makadaot sa gitambalan nga nawong. e) Gipakita sa mga eksperimento nga kon adunay mga oxide sa metal surface, ang plasma mamugna sa metal surface. Ang plasma mamugna lamang kung ang densidad sa enerhiya molapas sa threshold, nga nagdepende sa gikuha nga layer sa kontaminasyon o oxide layer. Kini nga epekto sa threshold importante kaayo alang sa epektibo nga pagpanglimpyo samtang giseguro ang kaluwasan sa materyal sa substrate. Ang hitsura sa plasma adunay usab ikaduhang threshold. Kung ang densidad sa enerhiya molapas niini nga threshold, ang materyal sa substrate madaot. Aron mahimo ang epektibo nga pagpanglimpyo samtang giseguro ang kaluwasan sa materyal sa substrate, ang mga parameter sa laser kinahanglan nga i-adjust sumala sa sitwasyon aron masiguro nga ang densidad sa enerhiya sa light pulse anaa lamang taliwala sa duha ka threshold. Niadtong 2001, gigamit ni JM Lee et al. ang kinaiya nga ang mga high-power laser nagpatunghag plasma shock waves kung naka-focus, ug migamit og pulse laser nga adunay energy density nga 2.0 J/cm2 (mas taas kaysa sa damage threshold sa silicon wafers) aron i-irradiate nga parallel sa silicon wafer, nga malampuson nga naglimpyo sa 1 μm nga mga partikulo sa tungsten nga na-adsorb sa ibabaw sa silicon wafer. Kini nga pamaagi sa pagpanglimpyo gitawag nga laser plasma shock wave cleaning, ug sa estrikto nga pagkasulti, ang laser plasma shock wave cleaning usa ka klase sa dry laser cleaning. Ang orihinal nga katuyoan niining tulo ka teknolohiya sa pagpanglimpyo sa laser mao ang paglimpyo sa gagmay nga mga partikulo sa ibabaw sa mga semiconductor wafer. Maingon nga ang teknolohiya sa pagpanglimpyo sa laser mitumaw uban sa pag-uswag sa teknolohiya sa semiconductor. Bisan pa, ang teknolohiya sa pagpanglimpyo sa laser padayon nga gigamit sa ubang mga natad, sama sa pagpanglimpyo sa agup-op sa ligid, pagtangtang sa pintura sa panit sa eroplano, ug pagpahiuli sa ibabaw sa artifact. Samtang ubos sa radyasyon sa laser, ang inert gas mahimong ihuyop sa ibabaw sa substrate. Kung ang mga kontaminante matangtang gikan sa ibabaw, kini dayon nga ihuyop gikan sa ibabaw sa gas aron malikayan ang pag-usab sa polusyon ug oksihenasyon sa ibabaw.

Angaplikasyon sa teknolohiya sa pagpanglimpyo sa laser

1) Sa natad sa semiconductor, ang paglimpyo sa mga semiconductor wafer ug optical substrates naglakip sa parehas nga proseso, nga mao ang pagproseso sa hilaw nga materyales ngadto sa gikinahanglan nga mga porma pinaagi sa pagputol, paggaling, ug uban pa. Atol niini nga proseso, ang mga particulate contaminants mosulod, nga lisud tangtangon ug hinungdan sa grabe nga balik-balik nga mga problema sa kontaminasyon. Ang mga kontaminante sa ibabaw sa semiconductor wafers makaapekto sa kalidad sa circuit board printing, sa ingon makapamubo sa kinabuhi sa semiconductor chips. Ang mga kontaminante sa ibabaw sa optical substrates makaapekto sa kalidad sa optical devices ug coatings, ug mahimong mosangpot sa dili patas nga pag-apod-apod sa enerhiya, nga makapamubo sa kinabuhi. Tungod kay ang laser dry cleaning dali nga makadaot sa ibabaw sa substrate, kini nga pamaagi sa paglimpyo dili kaayo gigamit sa paglimpyo sa mga semiconductor wafer ug optical substrates. Ang laser wet cleaning ug laser plasma shock wave cleaning adunay mas malampuson nga mga aplikasyon niini nga natad. Gitun-an ni Xu Chuanyi et al. ang pagdeposito sa micro-scale special magnetic paint sa ibabaw sa ultra-smooth optical substrates isip dielectric film, ug dayon migamit og pulsed laser para sa paglimpyo. Maayo ang epekto sa pagpanglimpyo, bisan kung ang gidaghanon sa mga partikulo sa hugaw kada yunit sa lugar misaka, ang gidak-on ug ang gilapdon sa mga partikulo sa hugaw mikunhod pag-ayo. Kini nga pamaagi epektibo nga makalimpyo sa mga micro-scale nga partikulo sa hugaw sa ibabaw sa ultra-smooth optical substrates. Gitun-an ni Zhang Ping ang impluwensya sa working distance ug laser energy sa epekto sa pagpanglimpyo sa lain-laing gidak-on sa partikulo sa mga kontaminante sa laser plasma cleaning technology. Ang mga resulta sa eksperimento nagpakita nga alang sa mga partikulo sa polystyrene sa mga conductive glass substrates, ang labing maayo nga working distance alang sa enerhiya nga 240 mJ kay 1.90 mm. Samtang nagkadaghan ang enerhiya sa laser, ang epekto sa pagpanglimpyo miuswag pag-ayo, ug ang mga kontaminante sa dagkong partikulo mas sayon ​​limpyohan.

2) Sa natad sa materyal nga metal, ang paglimpyo sa mga nawong sa materyal nga metal lahi sa paglimpyo sa mga semiconductor wafer ug optical substrates. Ang mga hugaw nga limpyohan nahisakop sa macroscopic nga kategorya. Ang mga hugaw sa nawong sa mga materyales nga metal kasagaran naglakip sa oxide layer (rust layer), paint layer, coating, ug uban pang mga attachment, ug mahimong ma-classify sa organic contaminants (sama sa paint layer, coating) ug inorganic contaminants (sama sa rust layer). Ang paglimpyo sa mga hugaw sa nawong sa materyal nga metal panguna nga aron matubag ang mga kinahanglanon sa sunod nga pagproseso o paggamit, sama sa pagtangtang sa mga 10 μm nga oxide layer gikan sa nawong sa mga parte sa titanium alloy sa dili pa mag-welding, pagtangtang sa orihinal nga paint coating sa nawong sa panit atol sa mga mayor nga pag-ayo sa eroplano aron mapadali ang pag-spray pag-usab, ug regular nga paglimpyo sa mga partikulo sa goma nga gilakip sa hulmahan sa goma nga goma aron masiguro ang kalimpyo sa nawong ug ang kalidad ug kinabuhi sa hulmahan. Ang damage threshold sa mga materyales nga metal mas taas kaysa sa laser cleaning threshold sa ilang mga hugaw sa nawong. Pinaagi sa pagpili sa angay nga power laser, makab-ot ang mas maayo nga epekto sa paglimpyo. Kini nga teknolohiya hingpit nga gigamit sa pipila ka mga natad. Wang Lihua et al. Gitun-an ang paggamit sa teknolohiya sa pagpanglimpyo sa laser sa pagtambal sa mga panit sa oxide sa mga nawong sa aluminum alloys ug titanium alloys. Ang mga resulta sa panukiduki nagpakita nga ang paggamit sa laser nga adunay densidad sa enerhiya nga 5.1 J/cm2 makalimpyo sa oxide layer sa nawong sa A5083-111H aluminum alloy samtang gipadayon ang maayong kalidad sa substrate, ug ang paggamit sa pulsed laser nga adunay average nga gahum nga 100 W sa usa ka scanning nga paagi epektibo nga makalimpyo sa oxide layer sa nawong sa titanium alloys ug makapauswag sa katig-a sa nawong sa materyal. Ang mga lokal nga kompanya sama sa Ruike Laser, Daqu Laser, ug Shenzhen Chuangxin nakaugmad og mga kagamitan sa pagpanglimpyo sa laser nga kaylap nga gigamit alang sa paglimpyo sa mga hulmahan sa goma sama sa mga ligid, mga lut-od sa taya sa metal, ug mga lama sa lana sa nawong sa mga sangkap.

3) Sa natad sa mga relikyas sa kultura, ang paglimpyo sa mga relikyas sa metal ug bato ug mga nawong sa papel gikinahanglan aron makuha ang mga kontaminante sama sa hugaw ug mga lama sa tinta nga makita sa ilang mga nawong tungod sa ilang taas nga kasaysayan. Kini nga mga kontaminante kinahanglan nga tangtangon aron mapasig-uli ang mga relikyas. Alang sa mga buhat sa papel sama sa kaligrapiya ug mga painting, kung dili husto ang pagtipig, ang agup-op motubo sa ilang mga nawong ug maporma ang mga lama. Kini nga mga lama seryoso nga makaapekto sa orihinal nga panagway sa papel, labi na alang sa papel nga adunay taas nga kultural o makasaysayan nga bili, nga makaapekto sa pag-apresyar ug proteksyon niini. Gitun-an ni Zhao Ying et al. ang posibilidad sa paggamit sa ultraviolet laser aron limpyohan ang mga lama sa agup-op sa mga linukot nga papel. Ang mga resulta sa eksperimento nagpakita nga ang paggamit sa laser nga adunay densidad sa enerhiya nga 3.2 J/mm2 nga i-scan kausa makatangtang sa nipis nga mga lama, ug ang pag-scan kaduha makatangtang sa hingpit sa mga lama. Bisan pa, kung ang enerhiya sa laser nga gigamit taas kaayo, makadaot kini sa linukot nga papel samtang gitangtang ang mga lama. Malampuson nga gipahiuli ni Zhang Xiaotong et al. ang usa ka gilded bronze relic gamit ang laser vertical irradiation liquid film method. Zhang Licheng et al. migamit ug teknolohiya sa paglimpyo sa laser sa pagpahiuli sa usa ka pinintalan nga babaye nga pottery figurine sa Han Dynasty. Gitun-an ni Yuan Xiaodong et al. ang epekto sa teknolohiya sa paglimpyo sa laser sa paglimpyo sa mga relikyas sa bato ug gitandi ang kadaot sa sandstone body sa wala pa ug pagkahuman sa paglimpyo, ingon man ang mga epekto sa paglimpyo sa mga mantsa sa tinta, polusyon sa aso, ug polusyon sa pintura.

Konklusyon: Ang teknolohiya sa pagpanglimpyo sa laser usa ka medyo abante nga teknik, nga adunay halapad nga panukiduki ug mga palaaboton sa aplikasyon sa mga natad nga taas og katukma sama sa aerospace, kagamitan sa militar, ug electronic ug electrical engineering. Sa pagkakaron, ang teknolohiya sa pagpanglimpyo sa laser malampuson nga gigamit sa pipila ka mga lugar, salamat sa episyente, mahigalaon sa kalikopan, ug maayo kaayo nga performance sa pagpanglimpyo. Ang mga lugar sa aplikasyon niini hinay-hinay nga nagkalapad. Ang pag-uswag sa teknolohiya sa pagpanglimpyo sa laser dili lamang hingpit nga gigamit sa mga lugar sama sa pagtangtang sa pintura ug pagtangtang sa taya, apan adunay usab mga taho sa paggamit sa laser aron limpyohan ang oxide layer sa mga metal wire sa bag-ohay nga mga tuig. Ang pagpalapad sa kasamtangan nga mga natad sa aplikasyon ug ang pag-uswag sa bag-ong mga natad mao ang pundasyon sa pag-uswag sa teknolohiya sa pagpanglimpyo sa laser. Ang panukiduki ug pag-uswag sa bag-ong kagamitan sa pagpanglimpyo sa laser ug ang pag-uswag sa bag-ong kagamitan sa pagpanglimpyo sa laser magpakita og kalainan, nga moresulta sa lainlaing mga gimbuhaton. Sa umaabot, ang pagkab-ot sa hingpit nga awtomatik nga pagpanglimpyo sa laser pinaagi sa kooperasyon sa mga industrial robot mahimo usab nga makab-ot. Ang uso sa pag-uswag sa teknolohiya sa pagpanglimpyo sa laser mao ang mosunod:

(1) Pagpalig-on sa panukiduki sa teorya sa pagpanglimpyo sa laser aron magiyahan ang aplikasyon sa teknolohiya sa pagpanglimpyo sa laser. Human sa pagrepaso sa daghang mga dokumento, nakit-an nga walay hamtong nga teoretikal nga sistema nga nagsuporta sa teknolohiya sa pagpanglimpyo sa laser, ug kadaghanan sa mga pagtuon gibase sa mga eksperimento. Ang pagtukod og teoretikal nga sistema sa pagpanglimpyo sa laser mao ang pundasyon alang sa dugang nga pag-uswag ug pagkahamtong sa teknolohiya sa pagpanglimpyo sa laser.

(2) Pagpalapad sa kasamtangang mga natad sa aplikasyon ug bag-ong mga natad sa aplikasyon. Ang teknolohiya sa pagpanglimpyo sa laser malampusong gigamit sa mga lugar sama sa pagtangtang sa pintura ug pagtangtang sa taya, ug adunay mga taho sa paggamit sa laser aron limpyohan ang oxide layer sa mga alambre sa metal sa bag-ohay nga mga tuig. Ang pagpalapad sa kasamtangang mga natad sa aplikasyon ug ang pag-uswag sa bag-ong mga natad usa ka tabunok nga yuta alang sa pag-uswag sa teknolohiya sa pagpanglimpyo sa laser.

(3) Panukiduki ug pagpalambo sa bag-ong kagamitan sa pagpanglimpyo gamit ang laser. Ang pagpalambo sa bag-ong kagamitan sa pagpanglimpyo gamit ang laser magpakita og kalainan. Ang usa ka klase mao ang kagamitan nga adunay piho nga unibersalidad nga naglangkob sa daghang natad sa aplikasyon, sama sa usa ka aparato nga dungan nga makab-ot ang mga gimbuhaton sa pagtangtang sa pintura ug pagtangtang sa taya. Ang lain nga klase mao ang espesyal nga kagamitan alang sa piho nga mga panginahanglan, sama sa pagdesinyo sa piho nga mga fixture o optical fiber aron makab-ot ang gimbuhaton alang sa paglimpyo sa mga hugaw sa gagmay nga mga wanang. Pinaagi sa kooperasyon sa mga robot sa industriya, ang hingpit nga awtomatik nga pagpanglimpyo gamit ang laser usa usab ka sikat nga direksyon sa aplikasyon.