Le nettoyage au laser est une méthode efficace pour éliminer les particules et les films sales de différents matériaux et tailles d'une surface solide. En utilisant un laser continu ou pulsé à haute luminosité et bien dirigé, un faisceau laser avec une forme de spot et une distribution d'énergie spécifiques est formé après la focalisation optique et la mise en forme du spot. Le faisceau laser est ensuite [...]
Le nettoyage au laser est une méthode efficace pour éliminer les particules et les films sales de différents matériaux et tailles d'une surface solide.
En utilisant un laser continu ou pulsé à haute luminosité et bien dirigé, un faisceau laser avec une forme de spot et une distribution d'énergie spécifiques est formé après la focalisation optique et la mise en forme du spot. Le faisceau laser est ensuite irradié sur la surface du matériau contaminé à nettoyer.
Lorsque le matériau contaminant fixé à la surface absorbe l'énergie du laser, il subit une série de processus physiques et chimiques complexes tels que la vibration, la fusion, la combustion et même la vaporisation, ce qui entraîne finalement le détachement du polluant de la surface du matériau.
Même si le laser est appliqué sur la surface nettoyée, la majeure partie est réfléchie sans endommager le substrat, ce qui permet d'obtenir l'effet de nettoyage.
La figure suivante montre un exemple de nettoyage d'un alliage d'aluminium dont la surface est recouverte de peinture rouge.
Nettoyage au laser peut être classé selon différents critères. Par exemple, on peut distinguer le nettoyage laser à sec et le nettoyage laser humide, selon qu'un film liquide est appliqué ou non sur la surface du substrat pendant le processus de nettoyage laser.
Le premier consiste à irradier directement la surface polluée avec des faisceaux laser, tandis que le second nécessite l'application d'une humidité ou d'un film liquide sur la surface à nettoyer. Le nettoyage par laser humide est efficace, mais il nécessite l'application manuelle du film liquide, qui ne doit pas altérer les propriétés du matériau du substrat.
Par conséquent, le champ d'application du nettoyage par laser humide est quelque peu limité par rapport à la technologie du nettoyage par laser sec.
Le nettoyage laser à sec est actuellement la méthode de nettoyage laser la plus répandue, dans laquelle des faisceaux laser sont utilisés pour irradier directement la surface de la pièce afin d'éliminer les particules et les films.
Le principe de base du nettoyage laser à sec est que lorsque les particules et le substrat sont irradiés par des faisceaux laser, l'énergie lumineuse absorbée est convertie en énergie thermique en un instant. Cela provoque une expansion thermique instantanée des particules, du substrat ou des deux, générant une accélération entre eux.
La force produite par cette accélération surmonte la force d'adhésion entre les particules et le substrat, ce qui entraîne le détachement des particules de la surface du substrat.
(1) Le nettoyage laser à sec peut être divisé en deux formes principales en fonction des différents mécanismes d'absorption :
Pour les particules de poussière dont le point de fusion est supérieur à celui de la matrice (ou dont le point de fusion est sensiblement différent de celui de la matrice), il est possible d'obtenir des résultats différents. absorption laser ) :
L'absorption des particules sous irradiation laser est plus forte (a) ou plus faible (b) que celle du substrat. Dans ce cas, l'énergie laser absorbée est convertie en énergie thermique, ce qui provoque l'expansion thermique des particules.
Bien que la dilatation thermique soit très faible, elle se produit dans un laps de temps extrêmement court, ce qui se traduit par une énorme accélération instantanée agissant sur le substrat entre les particules et le substrat.
Pendant ce temps, le substrat agit également sur les particules, surmontant la force d'adhésion entre elles et provoquant le détachement des particules du substrat, comme le montre la figure 1.
(2) Pour les salissures dont le point d'ébullition est plus bas :
La saleté de surface absorbe directement l'énergie du laser, ce qui provoque une ébullition et une évaporation instantanées à haute température, qui élimine la saleté par vaporisation directe. Le principe est illustré à la figure 2.
Le nettoyage humide au laser, également connu sous le nom de nettoyage à la vapeur au laser, est une méthode de nettoyage au laser dans laquelle une fine pellicule de liquide ou de médium de quelques micromètres se trouve sur la surface de l'objet nettoyé.
Par rapport au nettoyage à sec, le nettoyage humide implique la présence d'un tel film qui, lorsqu'il est irradié par le faisceau laser, subit une augmentation instantanée de la température et génère un grand nombre de bulles qui produisent des réactions de gazéification.
La force d'impact générée par l'explosion de la gazéification surmonte la force d'adhésion entre les particules et le substrat.
En fonction des différents coefficients d'absorption de la longueur d'onde du laser par les particules, les films liquides et les substrats, le nettoyage humide au laser peut être divisé en trois types.
(1) Lorsque le substrat absorbe fortement l'énergie du laser :
Lorsque le laser est irradié sur le substrat et le film liquide, l'absorption du substrat par le laser est beaucoup plus importante que celle du film liquide.
Par conséquent, un phénomène de vaporisation explosive se produit à la jonction entre le substrat et le film liquide, comme le montre la figure ci-dessous. En théorie, plus le temps d'impulsion est court, plus il est facile de produire une surchauffe à la jonction, ce qui se traduit par une force d'impact explosive plus importante.
(2) Lorsque le film liquide absorbe fortement l'énergie laser :
Ce principe de nettoyage implique que le film liquide absorbe la majeure partie de l'énergie du laser et subit une vaporisation explosive à sa surface, comme le montre la figure ci-dessous.
Dans ce cas, l'efficacité du nettoyage au laser n'est pas aussi bonne que lorsque le substrat absorbe le laser, car la force d'impact explosive ne se produit qu'à la surface du film liquide.
Lorsque le substrat absorbe le laser, des bulles et des explosions se produisent à la jonction entre le substrat et le film liquide, et la force d'impact explosive est plus susceptible d'éloigner les particules de la surface du substrat. Par conséquent, l'effet de nettoyage de l'absorption du substrat est meilleur.
(3) Lorsque le substrat et le film liquide absorbent tous deux l'énergie laser :
Dans ce cas, l'efficacité du nettoyage est faible. Après l'irradiation du laser sur le film liquide, une partie de l'énergie du laser est absorbée et l'énergie est dispersée dans l'ensemble du film liquide.
Le film liquide entre en ébullition pour produire des bulles, et l'énergie laser restante est absorbée par le substrat après avoir traversé le film liquide, comme le montre la figure. Cette méthode nécessite davantage d'énergie laser pour générer des bulles d'ébullition et des explosions. Par conséquent, l'efficacité de cette méthode est très faible.
Lors de l'utilisation de l'absorption du substrat pour le nettoyage humide par laser, la majeure partie de l'énergie du laser est absorbée par le substrat, ce qui provoque une surchauffe à la jonction entre le film liquide et le substrat, produisant des bulles à l'interface.
Par rapport au nettoyage à sec, le nettoyage humide utilise la force d'impact explosive générée par l'explosion des bulles à l'interface pour réaliser un nettoyage au laser.
Parallèlement, une certaine quantité de substances chimiques peut être ajoutée au film liquide pour réagir avec les particules polluantes et réduire la force d'adhésion entre les particules et les matériaux du substrat, abaissant ainsi le seuil de nettoyage au laser.
Le nettoyage par voie humide peut donc améliorer l'efficacité du nettoyage dans une certaine mesure, mais il présente également certaines difficultés. L'introduction d'un film liquide peut entraîner une nouvelle pollution, et l'épaisseur du film liquide est difficile à contrôler.
Influence de la longueur d'onde du laser :
Le principe du nettoyage au laser est l'absorption du laser. Lors de la sélection d'une source laser, il est donc nécessaire de combiner les caractéristiques d'absorption de la lumière de l'objet nettoyé pour choisir un laser adapté à la bande en tant que source laser.
En outre, des recherches expérimentales menées par des scientifiques étrangers ont montré que, pour des particules de nettoyage présentant les mêmes caractéristiques, plus la longueur d'onde est courte, plus la capacité de nettoyage du laser est forte et plus le seuil de nettoyage est bas.
Par conséquent, en partant du principe que les caractéristiques d'absorption de la lumière du matériau sont respectées, afin d'améliorer l'effet et l'efficacité du nettoyage, il convient de choisir des lasers de longueur d'onde plus courte comme sources lumineuses de nettoyage.
Influence de la densité de puissance :
Lors du nettoyage au laser, il existe un seuil d'endommagement supérieur et un seuil de nettoyage inférieur pour l'appareil. puissance du laser densité. Dans cette plage, plus la densité de puissance du laser est élevée pendant le nettoyage au laser, plus la capacité de nettoyage est grande et plus l'effet de nettoyage est important.
Par conséquent, la densité de puissance du laser doit être augmentée autant que possible sans endommager le matériau du substrat.
Influence de la largeur d'impulsion :
La source laser pour le nettoyage laser peut être une lumière continue ou pulsée. Les lasers pulsés peuvent fournir une puissance de crête très élevée, ce qui permet de respecter facilement les exigences en matière de seuil.
En outre, la recherche a montré que les lasers pulsés ont un impact moindre sur les effets thermiques des substrats pendant le nettoyage, alors que les lasers continus ont une zone d'effet thermique plus importante.
Influence de la vitesse et de la fréquence de balayage :
Il est évident que dans le cadre de la processus du laser plus la vitesse de balayage laser est élevée et moins le nombre de passages est important, plus l'efficacité du nettoyage est élevée, mais cela peut entraîner une diminution de l'efficacité du nettoyage.
Par conséquent, dans les applications pratiques de nettoyage, la vitesse et la fréquence de balayage doivent être choisies en fonction des caractéristiques du matériau de l'objet nettoyé et du degré de contamination. Le taux de chevauchement pendant le balayage affecte également l'effet de nettoyage.
Influence de la défocalisation montant :
Avant le nettoyage du laser, le laser est généralement focalisé à l'aide d'une certaine combinaison de lentilles de focalisation. Pendant le processus de nettoyage laser proprement dit, il est généralement effectué dans un état défocalisé.
Plus la défocalisation est importante, plus la tache lumineuse sur le matériau est grande, plus la zone de balayage est étendue et plus l'efficacité est élevée. Lorsque la puissance totale est constante, plus la défocalisation est faible, plus la densité de puissance du laser est élevée et plus la capacité de nettoyage est forte.
En tant que fondateur de MachineMFG, j'ai consacré plus d'une décennie de ma carrière à l'industrie métallurgique. Ma vaste expérience m'a permis de devenir un expert dans les domaines de la fabrication de tôles, de l'usinage, de l'ingénierie mécanique et des machines-outils pour les métaux. Je suis constamment en train de réfléchir, de lire et d'écrire sur ces sujets, m'efforçant constamment de rester à la pointe de mon domaine. Laissez mes connaissances et mon expertise être un atout pour votre entreprise.
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