Laserreinigingstechnologie: Principes en toepassingen

1. Inleiding:

Met de vooruitgang en ontwikkeling van de technologie wordt laserverwerkingstechnologie op grote schaal gebruikt in de productiepraktijk.

Laserbewerking (Laser Beam Machining, LBM) kan worden gebruikt voor boren, snijden, fijnafstelling van elektronische apparaten, lassen, warmtebehandeling, enz. Als tak van laserbewerkingstechnologie is laserreinigingstechnologie ontstaan.

2. Principe van laserreinigingstechnologie:

1. Vormen van verontreinigingen:

Verontreinigingen worden voornamelijk aan oppervlakken gebonden door covalente bindingen, dipool-dipool interacties, capillaire werking, waterstofbruggen, adsorptie en elektrostatische krachten.

Daaronder zijn capillaire werking, adsorptie en elektrostatische krachten (zoals weergegeven in Figuur 1) het moeilijkst te doorbreken.

Opmerking:

Capillaire kracht ontstaat door de cohesie van een zeer dun laagje vloeistof (zoals luchtvochtigheid) dat zich vormt in de kleine spleten tussen deeltjes en het oppervlak van het substraat. Adhesiekracht is de primaire adhesiekracht voor vervuilende stoffen op microschaal.

2. Reinigingsmechanisme

De laserstraal kan minstens drie effecten produceren:

(1) Veroorzaak mechanische resonantie op het vaste oppervlak, waardoor het vuil of de aanslag op het oppervlak uiteenvalt en loslaat;

(2) Verwarm het oppervlaktevuil om uit te zetten, waardoor de hechtkracht van het basismateriaal op de vuildeeltjes wordt overwonnen en deze loskomen van het objectoppervlak;

(3) vuilmoleculen onmiddellijk verdampen, vergassen of ontbinden.

3. Reinigingsmethode 1 - Chemisch reinigen.

Door directe pulsstraling te gebruiken voor het reinigen, wordt de laser geabsorbeerd door het substraat of de deeltjes, wat resulteert in trillingen die het substraat en de verontreinigingen van elkaar scheiden.

4. Reinigingsmethode 2 - Reiniging met vloeibare film.

1. Incident laser.
2. Vloeibare film.
3. Verontreinigend deeltje.
4. Explosieve verdamping.
5. Substraat.

Breng eerst een laag vloeibare film aan op het oppervlak van het substraat en gebruik dan laserstraling om het schoon te maken.

5. Reinigingsmethode 3 - Laser + Inert Gas.

Blaas tijdens het bestralen met laser inert gas naar het oppervlak van het werkstuk. Wanneer het vuil van het oppervlak wordt afgepeld, wordt het door het gas ver van het oppervlak weggeblazen om hervervuiling en oxidatie van het gereinigde oppervlak te voorkomen.

3. Toepassingen van Laserreinigingstechnologie.

1. Kunstwerk schoonmaken.

• 1a. Origineel uiterlijk van het kunstwerk.
• 1b. Laserreiniging gebruikt aan de bovenkant van het schilderij en chemisch oplosmiddel gebruikt aan de onderkant.
• 1c. Vergelijking van het oorspronkelijke uiterlijk met het effect na laserreiniging.
• 1d. Gecombineerde reiniging met laser en chemisch oplosmiddel.

2. Reinigen van mallen

3. Verwijderen van oude verf van vliegtuigen.

In Europa worden laserreinigingssystemen al gebruikt in de luchtvaartindustrie. Na een bepaalde tijd moet het oppervlak van een vliegtuig opnieuw worden geverfd, maar de oude verf moet volledig worden verwijderd voordat er opnieuw kan worden geverfd.

Traditionele mechanische verfverwijderingsmethoden kunnen het metalen oppervlak van het vliegtuig beschadigen, wat veiligheidsrisico's oplevert voor de vluchtuitvoering.

Door gebruik te maken van meerdere laserreinigingssystemen kan de verflaag op het oppervlak van een A320 Airbus echter binnen twee dagen volledig worden verwijderd, zonder het metalen oppervlak te beschadigen.

4. Reinigen van pijpleidingen binnen kernreactoren.

Door optische vezels te gebruiken om krachtige laserstralen naar het inwendige van kernreactoren te leiden, kan radioactief stof direct worden verwijderd en kan het gereinigde materiaal eenvoudig worden afgevoerd.

Bovendien wordt de operatie op afstand uitgevoerd, wat de veiligheid van de werknemers garandeert.

4. Conclusie

Laserreinigingstechnologie kan worden gebruikt voor vloeistoffen, vaste stoffen, culturele overblijfselen en ruimtepuin, maar ook voor situaties waarin afval explosief is of het substraat gemakkelijk beschadigd raakt. Het gebruik van lasers heeft voordelen zoals veiligheid, hoge efficiëntie en betrouwbaarheid.

De toepassingen in het verwijderen van roest en verf van metalen oppervlakken zoals vliegtuigen en schepen, het reinigen van oppervlakken in gebouwen en het reinigen van kristaloppervlakken in de micro-elektronica-industrie laten een uitstekende superioriteit zien.

Hieruit kan worden afgeleid dat met de ontwikkeling van de lasertechnologie en de daling van de laserkosten, de toepassing van laserreinigingstechnologie nog wijdverspreider zal worden.