Manufaktur kelas atas dan konservasi energi serta pengurangan emisi memiliki kebutuhan yang semakin mendesak untuk proses yang canggih. Dalam hal perawatan permukaan industri, ada kebutuhan mendesak untuk peningkatan teknologi dan proses yang komprehensif. Proses pembersihan industri tradisional, seperti pembersihan gesekan mekanis, pembersihan korosi kimia, pembersihan benturan kuat, pembersihan ultrasonik frekuensi tinggi, tidak hanya memiliki siklus pembersihan yang panjang, tetapi juga sulit untuk diotomatisasi, memiliki efek berbahaya pada lingkungan, dan gagal mencapai efek pembersihan yang diinginkan. Proses ini tidak dapat memenuhi kebutuhan pemrosesan halus dengan baik.
Namun, dengan semakin menonjolnya kontradiksi antara perlindungan lingkungan, efisiensi tinggi, dan presisi tinggi, metode pembersihan industri tradisional menghadapi tantangan besar. Pada saat yang sama, berbagai teknologi pembersihan yang mendukung perlindungan lingkungan dan cocok untuk komponen di bidang ultra-finishing telah muncul, dan teknologi pembersihan laser adalah salah satunya.
Konsep Pembersihan Laser
Pembersihan laser adalah teknologi yang menggunakan laser terfokus untuk bekerja pada permukaan material guna menguapkan atau mengelupas kontaminan pada permukaan dengan cepat, sehingga permukaan material dapat dibersihkan. Dibandingkan dengan berbagai metode pembersihan fisik atau kimia tradisional, pembersihan laser memiliki karakteristik tanpa kontak, tanpa bahan habis pakai, tanpa polusi, presisi tinggi, tanpa kerusakan atau kerusakan kecil, dan merupakan pilihan ideal untuk teknologi pembersihan industri generasi baru.
Prinsip Kerja Mesin Pembersih Laser
Prinsip dari mesin pembersih laser Proses ini lebih rumit, dan dapat mencakup proses fisik dan kimia. Dalam banyak kasus, proses fisik merupakan proses utama, disertai dengan beberapa reaksi kimia. Proses utama dapat diklasifikasikan menjadi 3 kategori, meliputi proses gasifikasi, proses kejut, 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 meningkat dengan cepat dan mencapai di atas suhu penguapan material, sehingga polutan dipisahkan dari permukaan material dalam bentuk uap. Penguapan selektif biasanya terjadi ketika laju penyerapan cahaya laser oleh kontaminan permukaan secara signifikan lebih tinggi daripada substrat. Kasus aplikasi yang umum adalah pembersihan kotoran pada permukaan batu. Seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah, polutan pada permukaan batu memiliki penyerapan laser yang kuat dan cepat diuapkan. Ketika polutan dihilangkan dan laser disinari pada permukaan batu, penyerapannya lemah, lebih banyak energi laser yang dihamburkan oleh permukaan batu, perubahan suhu permukaan batu kecil, dan permukaan batu terlindungi dari kerusakan.
Proses berbasis kimia yang umum terjadi saat laser dalam pita ultraviolet digunakan untuk membersihkan kontaminan organik, yang disebut ablasi laser. Laser ultraviolet memiliki panjang gelombang pendek dan energi foton tinggi. Misalnya, laser eksimer KrF memiliki panjang gelombang 248 nm dan energi foton setinggi 5 eV, yang 40 kali lebih tinggi daripada CO2 energi foton laser (0.12 eV). Energi foton yang tinggi tersebut cukup untuk menghancurkan ikatan molekul bahan organik, sehingga CC, CH, CO, dll. dalam polutan organik rusak setelah menyerap energi foton laser, sehingga terjadi gasifikasi pirolisis dan penghilangan dari permukaan.
Proses Kejutan
Proses kejut merupakan serangkaian reaksi yang terjadi selama interaksi antara laser dan material, kemudian terbentuk gelombang kejut pada permukaan material. Di bawah aksi gelombang kejut, kontaminan permukaan terpecah dan menjadi debu atau serpihan yang terkelupas dari permukaan. Ada banyak mekanisme yang menyebabkan gelombang kejut, termasuk plasma, uap, dan ekspansi serta 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 lebar pulsa ultra-pendek (ns) dan daya puncak ultra-tinggi (107–1010 W/cm2), suhu permukaan akan tetap meningkat tajam meskipun permukaan menyerap laser dengan ringan, mencapai suhu penguapan secara instan. Di atas, uap terbentuk di atas permukaan material, seperti yang ditunjukkan pada (a) pada gambar berikut. Suhu uap dapat mencapai 104 - 105 K, yang dapat mengionisasi uap itu sendiri atau udara di sekitarnya untuk membentuk plasma. Plasma akan menghalangi laser mencapai permukaan material, dan penguapan permukaan material dapat terhenti, tetapi plasma akan terus menyerap energi laser, dan suhu akan terus meningkat, membentuk keadaan lokal suhu sangat tinggi dan tekanan tinggi, yang menghasilkan 1-100 kbar seketika pada permukaan material. Dampaknya secara bertahap ditransfer ke bagian dalam material, seperti yang ditunjukkan pada Gambar (b) dan (c) di bawah ini. Di bawah aksi gelombang kejut, kontaminan permukaan dipecah menjadi debu, partikel, atau fragmen kecil. Ketika laser dipindahkan dari posisi penyinaran, plasma menghilang dan tekanan negatif dihasilkan secara lokal, dan partikel atau serpihan kontaminan dikeluarkan dari permukaan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar (d) di bawah ini.
Proses Osilasi
Di bawah aksi pulsa pendek, proses pemanasan dan pendinginan material sangat cepat. Karena material yang berbeda memiliki koefisien ekspansi termal yang berbeda, di bawah penyinaran laser pulsa pendek, kontaminan permukaan dan substrat akan mengalami ekspansi dan kontraksi termal frekuensi tinggi dengan derajat yang berbeda, yang mengakibatkan osilasi, yang menyebabkan kontaminan terkelupas dari permukaan material. Selama proses pengelupasan ini, penguapan material mungkin tidak terjadi, dan plasma mungkin tidak 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 dan antarmuka substrat dapat ditingkatkan, ambang pembersihan laser dapat dikurangi, efek osilasi lebih jelas, dan efisiensi pembersihan lebih tinggi. Namun, sudut datang tidak boleh terlalu besar. Sudut datang yang terlalu besar akan mengurangi kerapatan energi yang bekerja pada permukaan material dan melemahkan kemampuan pembersihan laser.
Aplikasi Industri Pembersih Laser
Industri Mould
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 tercapai 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 sebelum pengelasan menggunakan jenis pembersihan 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 polusi debu yang serius pada lingkungan. Pembersihan laser dapat menyediakan teknologi pembersihan ramah lingkungan yang berkualitas tinggi dan efisien untuk produksi pemasangan rel kereta api berkecepatan tinggi di negara saya, mengatasi masalah di atas, menghilangkan cacat pengelasan seperti lubang rel yang mulus dan bintik abu-abu, serta meningkatkan stabilitas dan keamanan pengoperasian kereta api berkecepatan tinggi di negara saya.
Industri penerbangan
Permukaan pesawat perlu dicat ulang setelah jangka waktu tertentu, tetapi cat lama yang asli harus dihilangkan seluruhnya sebelum dicat. Perendaman/pengelapan kimia merupakan metode pengelupasan cat utama di bidang penerbangan. Metode ini menghasilkan sejumlah besar limbah tambahan kimia, dan tidak mungkin untuk mencapai perawatan lokal dan pengelupasan cat. Proses ini merupakan beban kerja yang berat dan berbahaya bagi kesehatan. Pembersihan laser memungkinkan penghilangan cat berkualitas tinggi pada permukaan kulit pesawat dan mudah diotomatisasi untuk produksi. Saat ini, teknologi pembersihan laser telah diterapkan pada perawatan 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, dan dapat memilih bagian pembersihan untuk mewujudkan otomatisasi pembersihan. Menggunakan pembersihan laser, tidak hanya kebersihannya lebih tinggi daripada proses pembersihan kimia, tetapi juga hampir tidak ada kerusakan pada permukaan objek. Dengan mengatur parameter yang berbeda, mesin pembersih laser juga dapat membentuk lapisan pelindung oksida padat atau lapisan peleburan logam pada permukaan objek logam untuk meningkatkan kekuatan permukaan dan ketahanan korosi. Limbah yang dikeluarkan oleh laser pada dasarnya tidak mencemari lingkungan, dan juga dapat dioperasikan pada jarak jauh, yang secara efektif mengurangi kerusakan pada kesehatan operator.
Eksterior Bangunan
Semakin banyak gedung pencakar langit yang dibangun, dan masalah pembersihan dinding eksterior bangunan menjadi semakin menonjol. Sistem pembersihan laser membersihkan dinding eksterior bangunan dengan baik melalui serat optik. Solusi dengan panjang maksimum 70 meter dapat secara efektif membersihkan berbagai polutan pada berbagai batu, logam, dan kaca, dan efisiensinya jauh lebih tinggi daripada pembersihan konvensional. Ia juga dapat menghilangkan bintik hitam dan noda dari berbagai batu di 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 penyinaran laser untuk setiap jarum.
Pembangkit listrik tenaga nuklir
Sistem pembersihan laser juga digunakan dalam pembersihan pipa reaktor di pembangkit listrik tenaga nuklir. Sistem ini menggunakan serat optik untuk memasukkan sinar laser berdaya tinggi ke dalam reaktor guna menghilangkan debu radioaktif secara langsung, dan material yang dibersihkan mudah dibersihkan. Dan karena dioperasikan dari jarak jauh, keselamatan staf dapat terjamin.
Ringkasan
Industri manufaktur canggih 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 terus berkembang memiliki signifikansi strategis yang sangat penting bagi pembangunan ekonomi dan sosial.
