Boks Kracht Berekenaar & Formule (Online & Gratis)
Heb je je ooit afgevraagd hoe je kunt zorgen voor een succesvol metaalstempelproject? In deze blogpost duiken we in de kritieke factoren die uw stempelproces kunnen maken of breken....
Stel je voor dat je de kracht van licht gebruikt om metalen oppervlakken hun oorspronkelijke schoonheid terug te geven. Laserreiniging is een revolutie in de productie en biedt een nauwkeurig en milieuvriendelijk alternatief voor traditionele methoden. In dit artikel introduceert onze ervaren werktuigbouwkundig ingenieur je in de fascinerende wereld van laserreinigingstechnologie en legt de principes, voordelen en diverse toepassingen uit. Ontdek hoe deze innovatieve aanpak de manier verandert waarop we metalen onderdelen onderhouden en opknappen.
De eerste laser ter wereld werd in 1960 ontwikkeld door de Amerikaanse wetenschapper professor Theodore Harold Maiman met behulp van robijn. Sindsdien worden lasers op verschillende gebieden gebruikt en dragen ze bij aan de snelle ontwikkeling van wetenschap en technologie op het gebied van medische behandeling, de productie van apparatuur, nauwkeurige metingen en revisie-engineering. De bevordering van lasertechnologie heeft het tempo van de sociale vooruitgang versneld en heeft geleid tot belangrijke resultaten op het gebied van reinigingstoepassingen.
Vergeleken met traditionele reinigingsmethoden zoals mechanische wrijving, chemische corrosie en ultrasoon geluid met hoge frequentie, kan laserreiniging volledig automatisch worden uitgevoerd met de voordelen van hoge werkefficiëntie, lage kosten, geen vervuiling voor het milieu, geen schade aan het substraat en een breed scala aan toepasbare materialen. Het voldoet volledig aan het verwerkingsconcept van groene en milieubescherming, waardoor het de meest betrouwbare en effectieve reinigingsmethode is die momenteel beschikbaar is.
Reiniging is een noodzakelijke voorwaarde voor het opsporen en verwerken van afval van machineonderdelen. Het gebruik van laserreinigingstechnologie kan de oppervlaktemorfologie effectief controleren en oppervlakteruwheid van het substraat, terwijl het de prestaties van het substraat na reiniging verbetert. Het kan ook worden toegepast op de productie, oppervlaktebehandelingof herfabricage van grote onderdelen.
Hoewel laserreiniging de traditionele reinigingsmethoden nog niet volledig heeft vervangen, zal het toenemende nationale bewustzijn van energiebesparing en emissiereductie in de productie-industrie leiden tot de geleidelijke invoering ervan vanwege de unieke voordelen. Na 2020, toen de Chinese wet- en regelgeving op het gebied van milieubescherming strenger werd en het milieu- en veiligheidsbewustzijn van mensen toenam, zijn de soorten chemicaliën die gebruikt kunnen worden voor industriële productiereiniging afgenomen. Het vinden van een schonere en niet-destructieve reinigingsmethode is dus een dringende kwestie geworden.
Laserreiniging heeft de kenmerken dat het niet slijpt, contactloos is, geen thermisch effect heeft en geschikt is voor alle soorten objecten. Het wordt beschouwd als de meest betrouwbare en effectieve oplossing voor dit probleem. Bovendien kan laserreiniging problemen aanpakken die traditionele reinigingsmethoden niet kunnen oplossen.
Principe van laserreiniging
Wanneer submicronvervuilingsdeeltjes zich hechten aan een werkstukoppervlak, kleven ze vaak erg vast, waardoor ze onmogelijk te verwijderen zijn met conventionele reinigingsmethoden. Het reinigen van het werkstukoppervlak met nano laserstraling is zeer effectief.
Laserreiniging is bovendien een contactloze reinigingsmethode, waardoor het zeer veilig is om precisiewerkstukken of fijne onderdelen daarvan te reinigen en de nauwkeurigheid te waarborgen.
Daarom heeft laserreiniging unieke voordelen in de schoonmaakindustrie.
Maar waarom kunnen lasers gebruikt worden voor reiniging en waarom beschadigen ze het gereinigde object niet? Om deze vragen te beantwoorden, moeten we eerst de essentie van lasers begrijpen.
Kortom, lasers verschillen niet van het begeleidende licht (zichtbaar licht en onzichtbaar licht) om ons heen. De laser gebruikt echter een resonator om het licht in dezelfde richting te concentreren, waardoor het krachtiger en preciezer is dan een eenvoudige golflengte en coördinatie.
Daarom kunnen theoretisch alle golflengten van licht worden gebruikt om een laser te vormen. In de praktijk zijn er echter maar weinig media die geëxciteerd kunnen worden, dus de laserlichtbron die een stabiele en geschikte industriële productie kan produceren is vrij beperkt.
Nd: YAG lasers, koolstofdioxidelasers en excimer lasers worden veel gebruikt. Met name Nd: YAG lasers kunnen door optische vezels worden gestuurd en zijn meer geschikt voor industriële toepassingen, waardoor ze veel worden gebruikt bij laserreiniging.
Vanuit academisch oogpunt is laserablatie (wetenschappelijke naam voor laserreiniging) of lichtablatie een proces waarbij materialen van vaste (of soms vloeibare) oppervlakken worden verwijderd door ze te bestralen met een laserstraal.
Bij een lage laserflux wordt het materiaal verwarmd en verdampt of gesublimeerd door de geabsorbeerde laserenergie. Bij een hoge laserflux worden materialen meestal omgezet in plasma. Over het algemeen verwijst laserablatie naar het verwijderen van materialen met gepulseerde laser, maar als de laserintensiteit hoog genoeg is, kunnen de materialen worden geablateerd met een continue laserstraal.
Diep-ultraviolet excimer lasers worden voornamelijk gebruikt voor optische ablatie. De lasergolflengte voor optische ablatie is ongeveer 200 nm.
De diepte van de absorberende laserenergie en de hoeveelheid verwijderd materiaal door een enkele laserpuls zijn afhankelijk van de optische eigenschappen van het materiaal, de lasergolflengte en de pulslengte.
De totale massa van elke laserpuls die van het doel wordt geabsorbeerd, wordt meestal de ablatiesnelheid genoemd. Karakteristieken van de laserstraling, zoals de scansnelheid van de laserstraal en de dekking van de scanlijn, hebben een aanzienlijke invloed op het ablatieproces.
Effect van laserreiniging van bandenmallen
Halverwege de jaren 1980 deden wetenschappers zoals Beklemyshev en Alrn onderzoek naar laserreiniging door lasertechnologie te combineren met reinigingstechnologie, als antwoord op de werkelijke werkbehoeften. Dit leidde tot de ontwikkeling van het technische concept van laserreiniging.
Zoals we weten kan de bindende kracht tussen verontreinigende stoffen en de matrix worden onderverdeeld in covalente bindingen, dubbele dipolen, capillaire werking en van der Waals kracht. Als deze kracht kan worden overwonnen of vernietigd, kan het ontsmettingseffect worden bereikt.
Laserreiniging maakt gebruik van de kenmerken van een laserstraal, zoals de grote energiedichtheid, de regelbare richting en het sterke convergentievermogen, om de hechtkracht tussen verontreinigingen en de matrix te vernietigen of verontreinigingen direct te verdampen. Dit vermindert de hechtkracht tussen de verontreinigingen en de matrix, waardoor het werkstukoppervlak wordt gereinigd.
Het schematische diagram van laserreiniging wordt getoond in Fig. 1.
Wanneer de verontreiniging op het werkstukoppervlak de energie van de laser absorbeert, overwint het de kracht tussen de verontreiniging en het substraatoppervlak door snelle vergassing of onmiddellijke thermische uitzetting. Als gevolg van de toename in verhittingsenergie gaan de verontreinigende deeltjes trillen en vallen ze van het substraatoppervlak.
Fig. 1 Schematisch diagram van laserreiniging
Het hele laserreinigingsproces is grofweg onderverdeeld in vier fasen:
Bij het toepassen van laserreinigingstechnologie is het belangrijk om rekening te houden met de laserreinigingsdrempel van het te reinigen object en de juiste lasergolflengte te kiezen om het beste reinigingseffect te bereiken.
Laserreiniging maakt niet alleen veranderingen in de korrelstructuur en oriëntatie van het substraatoppervlak mogelijk zonder het te beschadigen, maar maakt het ook mogelijk de oppervlakteruwheid van het substraat te controleren, waardoor de algemene eigenschappen van het oppervlak verbeteren.
Het reinigingseffect wordt voornamelijk beïnvloed door de eigenschappen van de laserstraal, de fysieke parameters van het substraat en het vuilmateriaal en de absorptiecapaciteit van het vuil voor de stralenergie.
Momenteel omvat laserreinigingstechnologie droge laserreinigingstechnologie, natte laserreinigingstechnologie en laserplasma schokgolftechnologie.
Pulslaserreiniging is een proces waarbij een laserstraal op het werkstuk wordt gericht, waardoor de energieabsorptietemperatuur van het substraat of de oppervlakteverontreinigingen wordt verhoogd. Dit veroorzaakt thermische uitzetting of thermische trilling van het substraat, waardoor de verontreinigingen worden gescheiden.
Er zijn twee gevallen waarin deze methode kan worden toegepast:
Ten eerste, wanneer de oppervlakteverontreinigingen de laser absorberen en uitzetten, scheiden ze zich af van het substraat.
Ten tweede, wanneer het substraat de laser absorbeert, produceert het thermische trillingen, wat leidt tot de scheiding van de verontreinigende stoffen van het substraat.
Bij natte laserreiniging wordt een vloeibare film op het oppervlak aangebracht voordat het werkstuk bestraald wordt met een pulslaser. De laser verhit de vloeibare film, waardoor deze snel verdampt.
Tijdens het verdampen wordt een schokgolf gegenereerd die de vervuilende deeltjes van het substraat losmaakt.
Deze methode wordt beperkt door de eis dat de matrix niet mag reageren met de vloeibare film, waardoor het aantal toepasbare materialen beperkt is.
Bij de reinigingstechnologie met laserplasmaschokgolven wordt een bolvormige plasmaschokgolf geproduceerd door het luchtmedium te doorbreken tijdens de laserbestraling.
De schokgolf werkt in op het oppervlak van het substraat en geeft energie af om verontreinigingen te verwijderen, zonder het substraat te beschadigen omdat de laser er niet rechtstreeks op inwerkt.
Deze technologie kan verontreinigende deeltjes tot tientallen nanometers effectief reinigen en is niet beperkt door de golflengte van de laser.
Bij de feitelijke productie moeten verschillende testmethoden en gerelateerde parameters worden geselecteerd op basis van specifieke behoeften om een hoogwaardige reiniging van werkstukken te garanderen.
Tijdens het laserreinigingsproces is het evalueren van de efficiëntie en kwaliteit van de oppervlaktereiniging cruciaal om de doeltreffendheid van de technologie te bepalen.
Vergeleken met traditionele reinigingsmethoden zoals mechanische wrijvingsreiniging, chemische corrosiereiniging, vloeistof-vaste stof reiniging met sterke impact en ultrasone reiniging met hoge frequentie, biedt laserreiniging verschillende voordelen.
2.1 Laserreiniging is een "groene" reinigingsmethode waarbij geen chemische middelen of reinigingsoplossingen nodig zijn. Het afval dat tijdens het reinigen wordt geproduceerd is voornamelijk vast poeder, klein in volume, gemakkelijk op te slaan en recyclebaar. Hierdoor kan de milieuvervuiling die wordt veroorzaakt door chemische reiniging worden aangepakt.
2.2 Traditionele reinigingsmethoden zijn vaak contactreiniging, waarbij mechanische kracht wordt uitgeoefend op het oppervlak van het gereinigde object, waardoor het oppervlak beschadigd raakt of het reinigingsmiddel aan het oppervlak blijft kleven, wat leidt tot secundaire vervuiling. Laserreiniging, die niet slijpend en contactloos is, kan deze problemen oplossen.
2.3 Lasers kunnen worden verzonden via optische vezels en kunnen samenwerken met een manipulator en een robot om lange afstanden af te leggen. Ze kunnen onderdelen reinigen die met traditionele methoden moeilijk te bereiken zijn, waardoor de veiligheid van het personeel op sommige gevaarlijke plaatsen gegarandeerd is.
2.4 Laserreiniging kan verschillende soorten vervuiling op het oppervlak van verschillende materialen verwijderen en een niveau van reinheid bereiken dat niet kan worden bereikt met conventionele reinigingsmethoden. Het kan ook verontreinigingen op het materiaaloppervlak selectief reinigen zonder het te beschadigen.
2.5 Laserreiniging is zeer efficiënt en bespaart tijd.
2.6 Hoewel de eenmalige investering in de aanschaf van een laserreinigingssysteem hoog is, kan het reinigingssysteem lange tijd stabiel worden gebruikt met lage bedrijfskosten en slechts elektriciteitskosten per uur.
Het proces van gepulseerde Nd:YAG-laserreiniging berust op de kenmerken van de optische puls die door de laser wordt gegenereerd en is gebaseerd op de fotofysische reactie die het resultaat is van de interactie tussen een kort gepulseerde laserstraal met hoge intensiteit en een vervuilingslaag.
Het fysische principe kan als volgt worden samengevat:
a) De uitgezonden laserstraal wordt geabsorbeerd door de verontreinigde laag op het te behandelen oppervlak.
b) De absorptie van een grote hoeveelheid energie creëert een snel expanderend plasma (een sterk geïoniseerd onstabiel gas) dat schokgolven genereert.
c) De schokgolf breekt de vervuilende stoffen af in fragmenten en verwijdert ze.
d) De pulsbreedte van het licht moet kort genoeg zijn om warmteaccumulatie te voorkomen die het behandelde oppervlak zou kunnen beschadigen.
e) Experimenten tonen aan dat als er oxiden op het metaaloppervlak zitten, het plasma op het metaaloppervlak ontstaat.
Het plasma wordt alleen gegenereerd wanneer de energiedichtheid de drempel overschrijdt, die afhangt van de verwijderde verontreinigde of oxidelaag.
Als de energiedichtheid deze drempel overschrijdt, kan het basismateriaal beschadigd raken.
Om het substraat effectief te reinigen en tegelijkertijd de veiligheid te garanderen, moeten de laserparameters worden aangepast aan de situatie zodat de energiedichtheid van de optische puls strikt tussen de twee drempelwaarden ligt.
Elke laserpuls verwijdert een bepaalde dikte van de vervuilingslaag. Voor dikkere vervuilingslagen zijn meerdere pulsen nodig voor de reiniging.
Het aantal pulsen dat nodig is om het oppervlak te reinigen hangt af van de mate van vervuiling van het oppervlak. Een belangrijk resultaat van de twee drempels is de zelfcontrole van de reiniging.
Lichtpulsen met een energiedichtheid hoger dan de eerste drempel zullen verontreinigingen verwijderen totdat het basismateriaal is bereikt.
Omdat de energiedichtheid echter lager is dan de faalgrens van het substraatmateriaal, zal het substraat niet beschadigd raken.
Laserreiniging is een veelzijdige techniek die zowel organische als anorganische verontreinigingen effectief kan verwijderen, zoals metaalcorrosie, metaaldeeltjes, stof, enz. Hieronder volgen enkele praktische toepassingen van deze technologie, die al een hoog niveau van volwassenheid heeft bereikt en op grote schaal wordt gebruikt.
Elk jaar produceren bandenfabrikanten over de hele wereld honderden miljoenen banden. Tijdens het productieproces moet de reiniging van bandenmallen efficiënt en effectief zijn om stilstand tot een minimum te beperken.
Bij traditionele reinigingsmethoden, zoals zandstralen, ultrasoon reinigen of kooldioxide reinigen, moet de mal enkele uren afkoelen voordat hij naar de reinigingsapparatuur wordt getransporteerd. Dit proces neemt veel tijd in beslag en kan de nauwkeurigheid van de mal in gevaar brengen. Bovendien kan het gebruik van chemische oplosmiddelen en het daaruit voortvloeiende lawaai zorgen baren over de veiligheid en de bescherming van het milieu.
De laserreinigingsmethode biedt een oplossing voor deze uitdagingen. Omdat de laser door optische vezels kan worden gestuurd, is deze methode zeer flexibel in gebruik. Bovendien kan de laserreinigingsmethode worden gecombineerd met optische vezels om het licht naar moeilijk bereikbare plaatsen van de mal te sturen, waardoor deze eenvoudiger te reinigen is. Bovendien vergast het laserreinigingsproces het rubber niet, waardoor het risico op de uitstoot van giftige gassen wordt geëlimineerd en een veilige werkomgeving wordt gegarandeerd.
De laserreinigingstechnologie voor bandenmallen is op grote schaal toegepast in de Europese en Amerikaanse bandenindustrie.
Effect van laserreiniging op band
Hoewel de aanloopkosten van laserreinigingsapparatuur hoog zijn, kunnen de voordelen van kortere stilstandtijd, vermeden schade aan matrijzen, verbeterde veiligheid en lager grondstofverbruik deze investering snel compenseren.
Volgens een reinigingstest die werd uitgevoerd op de productielijn van een bandenbedrijf, kan een set mallen voor grote vrachtwagenbanden online worden gereinigd met de laserreinigingsapparatuur in slechts 2 uur.
Vergeleken met traditionele reinigingsmethoden zijn de economische voordelen van laserreiniging duidelijk.
In de voedingsmiddelenindustrie moet de anti-kleeflaag op mallen regelmatig worden vervangen om de hygiëne te waarborgen. Laserreiniging, waarvoor geen chemische middelen nodig zijn, is ook zeer geschikt voor deze toepassing.
Schimmel reinigende werking
Laserreinigingstechnologie wordt veel gebruikt bij het onderhoud van wapens.
Het laserreinigingssysteem is een efficiënte en snelle manier om roest en verontreinigingen te verwijderen en het maakt ook selectieve verwijdering mogelijk, wat resulteert in een geautomatiseerd reinigingsproces.
Vergeleken met chemische reiniging biedt laserreiniging niet alleen een hoger niveau van reinheid, maar minimaliseert het ook oppervlakteschade aan de objecten die worden gereinigd.
Bovendien kan door verschillende parameters aan te passen een dichte oxidebeschermende film of metaalsmeltlaag worden gevormd op metalen oppervlakken, waardoor hun sterkte en corrosiebestendigheid wordt verbeterd.
Tot slot is het afval dat vrijkomt bij laserreiniging milieuvriendelijk en kan het proces op afstand worden uitgevoerd, waardoor het risico op gezondheidsrisico's voor operators afneemt.
In Europa worden laserreinigingssystemen al lange tijd op grote schaal gebruikt in de luchtvaartindustrie.
Vliegtuigoppervlakken moeten na een bepaalde periode opnieuw worden geverfd, maar voordat dit kan gebeuren, moet de oude verf volledig worden verwijderd.
Traditionele mechanische verfverwijderingsmethoden kunnen het metalen oppervlak van het vliegtuig gemakkelijk beschadigen en een gevaar vormen voor een veilige vlucht.
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 schade aan te richten aan het metalen oppervlak.
Met de snelle groei van de Chinese economie worden er steeds meer wolkenkrabbers gebouwd en wordt het steeds moeilijker om de buitenmuren te reinigen. Het Laserlaste laserreinigingssysteem biedt een effectieve oplossing voor het reinigen van buitenmuren van gebouwen door middel van optische vezels die tot 70 meter lang zijn.
Dit systeem kan alle soorten vervuiling effectief reinigen van verschillende oppervlakken zoals steen, metaal en glas, wat resulteert in een reinigingsrendement dat meerdere malen hoger ligt dan dat van conventionele reinigingsmethoden.
Het kan ook zwarte vlekken en verkleuringen verwijderen van verschillende stenen materialen die gebruikt worden in de buitenkant van gebouwen.
Experimenten met het laserreinigingssysteem op gebouwen en stenen tabletten in de Songshan Shaolin Tempel hebben aangetoond dat laserreiniging een zeer positief effect heeft op het beschermen van oude gebouwen en het herstellen van hun uiterlijk.
De elektronische industrie maakt gebruik van lasertechnologie voor het verwijderen van oxide. Nauwkeurige ontsmetting is cruciaal in deze industrie, waardoor het verwijderen van oxide met laser een ideale oplossing is.
Voordat je een printplaat last, moet je alle oxides van de pinnen van de componenten volledig verwijderen om een optimaal elektrisch contact te garanderen. Dit proces mag de pennen niet beschadigen.
Laserreiniging voldoet aan deze eisen en is zeer efficiënt. In feite hoeft een enkele pin maar één keer blootgesteld te worden aan de laser voor een effectieve decontaminatie.
In de precisiemachine-industrie is het vaak nodig om esters en minerale oliën die worden gebruikt voor smering en corrosiebestendigheid van onderdelen te verwijderen. Dit gebeurt meestal met chemische methoden, maar chemische reiniging laat vaak residuen achter.
Laserontharding is een alternatief dat esters en minerale oliën volledig kan verwijderen zonder het oppervlak van de onderdelen te beschadigen. Dit wordt bereikt door het gebruik van een schokgolf.
De schokgolf wordt gevormd door de explosieve vergassing van de dunne oxidelaag op het oppervlak van de onderdelen, wat leidt tot de verwijdering van vervuilende stoffen in plaats van door mechanische interactie.
Deze methode van laserreiniging wordt veel gebruikt in de lucht- en ruimtevaartindustrie voor grondige ontestering van mechanische onderdelen.
Het kan ook worden toegepast bij de machinale bewerking van mechanische onderdelen om olieesters te verwijderen.
Het laserreinigingssysteem wordt ook gebruikt voor het reinigen van pijpen in reactoren van kerncentrales.
Door het gebruik van optische vezels wordt een krachtige laserstraal in de reactor gebracht om radioactief stof direct te verwijderen, wat resulteert in gemakkelijk te reinigen materialen. Bovendien garandeert de afstandsbediening de veiligheid van het personeel.
Kortom, laserreiniging speelt een cruciale rol op vele gebieden, waaronder autoproductie, reiniging van halfgeleiderwafers, verwerking en productie van precisieonderdelen, reiniging van militaire apparatuur, reiniging van buitenmuren van gebouwen, bescherming van culturele artefacten, reiniging van printplaten, verwerking en productie van precisieonderdelen, LCD-reiniging, verwijdering van kauwgomresten en nog veel meer.
① De Laser Droogreinigingsmethode, ook bekend als Directe Stralingsontsmetting door Gepulseerde Laser.
② De Laser + Liquid Film Methode, waarbij een laag vloeibare film op het substraatoppervlak wordt aangebracht en vervolgens wordt ontsmet met laserstraling.
③ De Laser + Inert Gas Methode, waarbij inert gas op het substraatoppervlak wordt geblazen terwijl de laserstraling is wordt aangebracht. Zodra het vuil van het oppervlak is verwijderd, wordt het onmiddellijk weggeblazen door het gas om hervervuiling en oxidatie te voorkomen.
Nadat het vuil is losgemaakt door de laser, wordt het gereinigd met een niet-corrosieve chemische methode. Deze methode wordt alleen gebruikt voor het reinigen van stenen culturele relikwieën.
De eerste drie methoden worden het meest gebruikt, terwijl de vierde methode alleen in specifieke gevallen wordt toegepast.
Laserreinigingstechnologie wordt internationaal al meer dan tien jaar toegepast op stenen materialen. In China is men later begonnen met het toepassen van laserreinigingstechnologie op stenen materialen vanwege de hoge kosten van laserapparatuur.
Ondanks de hoge kosten heeft laserreinigingstechnologie veel voordelen ten opzichte van traditionele reinigingsmethoden en naarmate de technologie steeds beter wordt en de apparatuur steeds breder beschikbaar komt, zal deze naar verwachting een belangrijke rol gaan spelen in de reinigingsindustrie voor stenen materialen.
Als oprichter van MachineMFG heb ik meer dan tien jaar van mijn carrière gewijd aan de metaalbewerkingsindustrie. Door mijn uitgebreide ervaring ben ik een expert geworden op het gebied van plaatbewerking, verspaning, werktuigbouwkunde en gereedschapsmachines voor metalen. Ik denk, lees en schrijf voortdurend over deze onderwerpen en streef er voortdurend naar om voorop te blijven lopen in mijn vakgebied. Laat mijn kennis en expertise een aanwinst zijn voor uw bedrijf.
NL 
EN 
ES 
FR 
RU 
DE 
PT 