De Prinzip, d'Aarte an d'Applikatioune vunLaserreinigungTechnologie
D'Laserreinigungstechnologie ass eng erfollegräich Uwendung vun der Lasertechnologie am Ingenieursberäich. Säin Grondprinzip ass et, déi héich Energiedicht vum Laser ze benotzen, fir mat de Kontaminanten, déi um Substrat vum Werkstéck hänken, ze interagéieren, wouduerch se sech vum Substrat a Form vun enger direkter thermescher Expansioun, Schmelz a Gasverdampfung trennen. D'Laserreinigungstechnologie zeichnet sech duerch héich Effizienz, Ëmweltfrëndlechkeet an Energiespueren aus. Si gouf erfollegräich a Beräicher wéi Pneuenreinigung, Entfernung vu Karosserielack vu Fligeren a Restauratioun vu kulturelle Reliquie ugewannt.
Traditionell Reinigungstechnologien enthalenmechanesch Reibungsreinigung(Sandstrahlreinigung, Héichdrockwasserstrahlreinigung, etc.), chemesch Korrosiounsreinigung, Ultraschallreinigung, Dréchenäisreinigung, etc. Dës Reinigungstechnologien gi wäit verbreet a verschiddene Branchen agesat. Zum Beispill kann d'Sandstrahlreinigung Metallrostflecken, Metalloberflächengraten an dräifacher Lack op Leiterplatten ewechhuelen andeems Schleifmëttel mat ënnerschiddlecher Härtheet ausgewielt ginn. D'Technologie vun der chemescher Korrosiounsreinigung gëtt wäit verbreet fir d'Reinigung vun Uelegflecken op Ausrüstungsoberflächen, Kalk a Kesselen an Uelegleitungen agesat. Obwuel dës Reinigungstechnologien gutt entwéckelt sinn, hunn se nach ëmmer e puer Problemer. Zum Beispill kann d'Sandstrahlreinigung liicht Schied un der behandelter Uewerfläch verursaachen, an d'chemesch Korrosiounsreinigung kann Ëmweltverschmotzung a Korrosioun vun der gereinegter Uewerfläch verursaachen, wann se net richteg behandelt gëtt. D'Entstoe vun der Laserreinigungstechnologie stellt eng Revolutioun an der Reinigungstechnologie duer. Si notzt déi héich Energiedicht, déi héich Präzisioun an déi effizient Iwwerdroung vun der Laserenergie aus a weist offensichtlech Virdeeler géintiwwer traditionellen Reinigungstechnologien a punkto Reinigungseffizienz, Reinigungspräzisioun a Reinigungsplaz. Si kann effektiv Ëmweltverschmotzung vermeiden, déi duerch chemesch Korrosiounsreinigung an aner Reinigungstechnologien verursaacht gëtt, a verursaacht kee Schied um Substrat.
DenPrinzip vun der Laserreinigung
Also, wat ass Laserreinigung? Laserreinigung ass e Prozess, bei deem e Laserstrahl benotzt gëtt, fir Material vun der Uewerfläch vun engem Feststoff (oder heiansdo enger Flëssegkeet) ze entfernen. Bei engem niddrege Laserflux gëtt d'Material duerch déi absorbéiert Laserenergie erhëtzt a verdampft oder subliméiert. Bei engem héije Laserflux gëtt d'Material normalerweis a Plasma verwandelt. Normalerweis bezitt sech Laserreinigung op d'Entfernung vu Material mat gepulste Laseren, awer wann d'Laserteensitéit héich genuch ass, kann e kontinuéierleche Wellenlaserstrahl benotzt ginn, fir d'Material ze abléieren. Den Excimerlaser vun déiwer ultravioletter Luucht gëtt haaptsächlech fir optesch Ablatioun benotzt. D'Laserwellelängt, déi fir optesch Ablatioun benotzt gëtt, ass ongeféier 200 nm. D'Déift vun der Absorptioun vun der Laserenergie an d'Quantitéit u Material, déi duerch en eenzege Laserpuls ewechgeholl gëtt, hänken vun den opteschen Eegeschafte vum Material of, souwéi vun der Laserwellelängt an der Pulslängt. Déi total Mass, déi duerch all Laserpuls vum Zil ofgezu gëtt, gëtt normalerweis Ablatiounsquote genannt. D'Scangeschwindegkeet vum Laserstrahl an d'Ofdeckung vun der Scanlinn, etc., beaflossen den Ablatiounsprozess wesentlech.
Aarte vu Laserreinigungstechnologie
1) Laser-Dréchebotzen: Dréche Laserbotzen bezitt sech op déi direkt Bestrahlung vum Botzwierkstéck mat engem gepulsten Laser, wouduerch d'Basis- oder Uewerflächenverunreinigungen Energie absorbéieren an d'Temperatur eropgoen, wat zu enger thermescher Expansioun oder thermescher Schwéngung vun der Basis féiert, wouduerch déi zwee getrennt ginn. Dës Method kann ongeféier an zwou Situatiounen opgedeelt ginn: eng ass, datt d'Uewerflächenverunreinigungen Laserenergie absorbéieren an ausdehnen; déi aner ass, datt d'Basis Laserenergie absorbéiert an thermesch Schwéngung generéiert. Am Joer 1969 hunn den SM Bedair et al. entdeckt, datt verschidde Uewerflächenbehandlungsmethoden, wéi Hëtztbehandlung, chemesch Korrosioun a Sandstrahlreinigung, all verschidden Nodeeler hunn. Gläichzäiteg kann déi héich Energiedicht no der Laserfokusséierung de Phänomen vun der Verdampfung vun der Materialuewerfläch méiglech maachen, wat d'Méiglechkeet vun enger net-destruktiver Reinigung vun der Materialuewerfläch erméiglecht. Duerch Experimenter gouf festgestallt, datt mat engem Rubin Q-Switched Laser mat enger Leeschtungsdicht vun 30 MW/cm2 d'Reinigung vu Siliziummaterialuewerflächenverunreinigungen ouni Schued un der Basis erreecht ka ginn, an fir d'éischt Kéier gouf d'Laser-Dréchebotzen vu Materialuewerflächenverunreinigungen realiséiert. Déi allgemeng Rate kann duerch d'Rate vum Ofléisen vu Filmschichtfragmenter ausgedréckt ginn, wéi follegt:
An der Formel stellt ε den Energieindex vum Laserpuls duer, h den Décktenindex vun der Schadstofffilmschicht an E den Elastizitéitsmodulindex vun der Filmschicht.
2) Laser-Naassreinigung: Ier d'Wierkstéck, dat gebotzt soll ginn, dem gepulste Laser ausgesat gëtt, gëtt e flëssege Virbeschichtungsfilm op der Uewerfläch opgedroen. Ënnert der Wierkung vum Laser klëmmt d'Temperatur vum flëssege Film séier a verdampft. Am Moment vun der Verdampfung gëtt eng Impaktwell generéiert, déi op d'Schadstoffpartikelen wierkt a se vum Substrat léist. Dës Method erfuerdert, datt de Substrat an de flëssege Film net matenee reagéieren, wat d'Palette vun uwendbare Materialien limitéiert. Am Joer 1991 hunn de K. Imen et al. sech mam Problem vu Reschtpartikelverschmotzungen a Submikron-Partikelen op den Uewerfläche vu Hallefleederwaferen a Metallmaterialien no der Benotzung vun traditionelle Reinigungsmethoden beschäftegt, an hunn d'Applikatioun vun der Beschichtung vun engem Film op der Uewerfläch vum Materialsubstrat ënnersicht, deen d'Laserenergie effizient absorbéiere kann. Duerno huet de Film mat engem CO2-Laser d'Laserenergie absorbéiert an ass séier un der Temperatur geklommen a gekacht, wouduerch eng explosiv Verdampfung entstanen ass, déi d'Schadstoffer vun der Substratoberfläche ewechgeholl huet. Dës Reinigungsmethod gëtt Laser-Naassreinigung genannt.
3) Laserplasma-Stousswellenreinigung: Laserplasma-Stousswellen entstinn, wann de Laser d'Loftmedium bestraalt an eng sphäresch Plasma-Stousswell verursaacht. D'Stousswell wierkt op d'Uewerfläch vum Werkstéck, dat gebotzt soll ginn, a fräisetzt Energie fir d'Schadstoffer ze entfernen. De Laser wierkt net op de Substrat a verursaacht dofir kee Schued um Substrat. D'Laserplasma-Stousswellenreinigungstechnologie kann elo Partikelen mat Duerchmiesser vu verschiddenen Zénger Nanometer botzen, an et gëtt keng Restriktiounen op d'Laserwellenlängt. De physikalesche Prinzip vun der Plasmareinigung kann wéi follegt zesummegefaasst ginn: a) De Laserstrahl, deen vum Laser ausgestraalt gëtt, gëtt vun der Kontaminatiounsschicht op der behandelter Uewerfläch absorbéiert. b) Déi grouss Absorptiounsquantitéit bildt e séier expandierend Plasma (héich ioniséiert onstabilt Gas) a generéiert eng Impaktwell. c) D'Impaktwell verursaacht, datt d'Schadstoffer fragmentéiert an ewechgeholl ginn. d) D'Impulsbreet vum Liichtimpuls muss kuerz genuch sinn, fir eng thermesch Akkumulatioun ze vermeiden, déi d'behandelt Uewerfläch beschiedege kéint. e) Experimenter hunn gewisen, datt wann et Oxiden op der Metalloberfläche gëtt, Plasma op der Metalloberfläche generéiert gëtt. Plasma gëtt nëmme generéiert wann d'Energiedicht d'Schwellwäert iwwerschreift, wat vun der ewechgehollener Kontaminatiounsschicht oder Oxidschicht ofhänkt. Dësen Schwellwäerteffekt ass ganz wichteg fir eng effektiv Reinigung an dobäi d'Sécherheet vum Substratmaterial garantéiert. D'Erscheinung vum Plasma huet och eng zweet Schwellwäert. Wann d'Energiedicht dës Schwellwäert iwwerschreift, gëtt d'Substratmaterial beschiedegt. Fir eng effektiv Reinigung duerchzeféieren an d'Sécherheet vum Substratmaterial ze garantéieren, mussen d'Laserparameter jee no der Situatioun ugepasst ginn, fir sécherzestellen, datt d'Energiedicht vum Liichtimpuls strikt tëscht den zwou Schwellenwäerter läit. Am Joer 2001 hunn de JM Lee et al. d'Charakteristik benotzt, datt héichleeschtungsfäeg Laser Plasmaschockwellen produzéieren, wa se fokusséiert sinn, an hunn e Pulslaser mat enger Energiedicht vun 2,0 J/cm2 (vill méi héich wéi d'Schuedschwellwäert vu Siliziumwaferen) benotzt fir parallel zum Siliziumwafer ze bestrahlen, wouduerch 1 μm Wolframpartikelen, déi op der Uewerfläch vum Siliziumwafer adsorbéiert sinn, erfollegräich gebotzt goufen. Dës Reinigungsmethod gëtt Laserplasma-Schockwellenreinigung genannt, a streng geholl ass Laserplasma-Schockwellenreinigung eng Zort vun dréchener Laserreinigung. Den ursprénglechen Zweck vun dësen dräi Laserreinigungstechnologien war et, déi kleng Partikelen op der Uewerfläch vun Hallefleederwaferen ze botzen. Et kann ee soen, datt d'Laserreinigungstechnologie mat der Entwécklung vun der Hallefleedertechnologie entstanen ass. Wéi och ëmmer, d'Laserreinigungstechnologie gouf kontinuéierlech an aner Beräicher ugewannt, wéi d'Reinigung vu Pneuenformen, d'Entfernung vu Lack op Fligerhaut a Restauratioun vun Artefaktuewerflächen. Ënner Laserstralung kann Inertgas op d'Substratoberfläch geblosen ginn. Wann d'Kontaminanten vun der Uewerfläch ofgeschielt ginn, ginn se direkt vum Gas vun der Uewerfläch geblosen, fir eng Neiverschmotzung an Oxidatioun vun der Uewerfläch ze vermeiden.
DenUwendung vun der Laserreinigungstechnologie
1) Am Beräich vun den Hallefleeder ëmfaasst d'Botzen vun Hallefleederwaferen an optesche Substrater dee selwechte Prozess, nämlech d'Veraarbechtung vun de Réimaterialien duerch Schneiden, Schleifen, etc. an déi gewënscht Formen. Wärend dësem Prozess ginn partikelfërmeg Kontaminanten agefouert, déi schwéier ze entfernen sinn a schwéier widderholl Kontaminatiounsproblemer verursaachen. D'Kontaminanten op der Uewerfläch vun den Hallefleederwaferen kënnen d'Qualitéit vum Drock op de Leiterplatten beaflossen, wouduerch d'Liewensdauer vun den Hallefleederchips verkierzt gëtt. D'Kontaminanten op der Uewerfläch vun den optesche Substrater kënnen d'Qualitéit vun opteschen Apparater a Beschichtungen beaflossen a kënnen zu enger ongläicher Energieverdeelung féieren, wouduerch d'Liewensdauer verkierzt gëtt. Well d'Laserdréchenreinigung ufälleg ass fir Schied un der Substratoberfläche ze verursaachen, gëtt dës Reinigungsmethod manner dacks bei der Reinigung vun Hallefleederwaferen an optesche Substrater benotzt. Laser-Naassreinigung a Laser-Plasma-Stockwellenreinigung hunn an dësem Beräich méi erfollegräich Uwendungen. Xu Chuanyi et al. hunn d'Oflagerung vu mikroskopescher spezieller Magnéitfaarf op der Uewerfläch vun ultra-glatten optesche Substrater als dielektresche Film studéiert an duerno e gepulste Laser fir d'Botzen benotzt. Den Reinigungseffekt war gutt, obwuel d'Zuel vun den Ongereinheetspartikelen pro Flächeneenheet zougeholl huet, an d'Gréisst an d'Ofdeckungsfläch vun den Ongereinheetspartikelen däitlech reduzéiert goufen. Dës Method kann d'Mikro-Onreinheetspartikelen op der Uewerfläch vun ultra-glatten optesche Substrater effektiv botzen. Den Zhang Ping huet den Afloss vun der Aarbechtsdistanz an der Laserenergie op den Reinigungseffekt vu Kontaminanten mat verschiddene Partikelgréissten an der Laserplasma-Reinigungstechnologie ënnersicht. Déi experimentell Resultater hunn gewisen, datt fir Polystyrolpartikelen op leitfäege Glassubstrater den optimalen Aarbechtsdistanz fir eng Energie vun 240 mJ 1,90 mm war. Wéi d'Laserenergie zougeholl huet, huet sech den Reinigungseffekt däitlech verbessert, an d'Kontaminanten mat grousse Partikelen waren méi einfach ze botzen.
2) Am Beräich vun de Metallmaterialien ënnerscheet sech d'Botzen vu Metallmaterialuewerflächen vun der Botzen vu Hallefleederwaferen an optesche Substrater. D'Kontaminanten, déi gebotzt solle ginn, gehéieren zu der makroskopescher Kategorie. D'Kontaminanten op der Uewerfläch vu Metallmaterialien ëmfaassen haaptsächlech d'Oxidschicht (Rostschicht), d'Faarfschicht, d'Beschichtung an aner Uschlëss, a kënnen an organesch Kontaminanten (wéi Faarfschicht, Beschichtung) an anorganesch Kontaminanten (wéi Rostschicht) agedeelt ginn. D'Botzen vu Metallmaterialuewerflächenkontaminanten ass haaptsächlech fir d'Ufuerderunge vun der spéiderer Veraarbechtung oder der Notzung ze erfëllen, wéi zum Beispill d'Entfernung vun ongeféier 10 μm Oxidschicht vun der Uewerfläch vun Titanlegierungsdeeler virum Schweessen, d'Entfernung vun der ursprénglecher Faarfbeschichtung op der Hautuewerfläch bei grousse Fligerreparaturen fir d'Nei-Sprëtzen ze erliichteren, an d'reegelméisseg Botzen vun de Gummi-Pneu-Formen, déi un der Gummi-Pneu-Form befestegt sinn, fir d'Propretéit vun der Uewerfläch an d'Qualitéit an d'Liewensdauer vun der Form ze garantéieren. De Schuedschwellwäert vu Metallmaterialien ass méi héich wéi dee vun der Laserreinigungsschwellwäert vun hiren Uewerflächenkontaminanten. Duerch d'Auswiel vun engem passenden Powerlaser kann en bessere Botzeffekt erreecht ginn. Dës Technologie gouf a verschiddene Beräicher reif ugewannt. Wang Lihua et al. huet d'Uwendung vun der Laserreinigungstechnologie bei der Behandlung vun Oxidhaut op den Uewerfläche vun Aluminiumlegierungen an Titanlegierungen ënnersicht. D'Fuerschungsresultater hunn gewisen, datt d'Benotzung vun engem Laser mat enger Energiedicht vu 5,1 J/cm2 d'Oxidschicht op der Uewerfläch vun der A5083-111H Aluminiumlegierung botze kann, wärend d'Qualitéit vum Substrat erhale bleift, an datt d'Benotzung vun engem gepulsten Laser mat enger duerchschnëttlecher Leeschtung vun 100 W an enger Scannermethod d'Oxidschicht op der Uewerfläch vun Titanlegierungen effektiv botze kann an d'Häert vun der Materialuewerfläch verbessert. Inlännesch Firmen wéi Ruike Laser, Daqu Laser a Shenzhen Chuangxin hunn Laserreinigungsausrüstung entwéckelt, déi wäit verbreet fir d'Botzen vu Gummiformen wéi Pneuen, Metallroschtschichten an Uelegflecken op der Uewerfläch vu Komponenten agesat gëtt.
3) Am Beräich vun de kulturelle Reliquie ass d'Botzen vu Metall- a Steenreliquie a Pabeieroberflächen néideg fir Kontaminanten wéi Dreck a Tënteflecken ze entfernen, déi wéinst hirer laanger Geschicht op hiren Uewerflächen erschéngen. Dës Kontaminanten mussen ewechgeholl ginn, fir d'Reliquie ze restauréieren. Bei Pabeierwierker wéi Kalligraphie a Molereien, wa se falsch gelagert ginn, wiisst Schimmel op hiren Uewerflächen a bildt Flecken. Dës Flecken beaflossen dat ursprénglecht Ausgesinn vum Pabeier eescht, besonnesch fir Pabeier mat héijem kulturellen oder historesche Wäert, wat seng Unerkennung a säi Schutz beaflosst. Zhao Ying et al. hunn d'Machbarkeet vun der Notzung vun ultravioletter Laser fir d'Botzen vu Schimmelflecken op Pabeierrollen ënnersicht. Déi experimentell Resultater hunn gewisen, datt d'Benotzung vun engem Laser mat enger Energiedicht vun 3,2 J/mm2 fir eemol ze scannen dënn Flecken ewechhuele kann, an zweemol ze scannen d'Flecken komplett ewechhuele kann. Wann d'Laserenergie awer ze héich ass, wäert et d'Pabeierroll beschiedegen beim Entfernen vun de Flecken. Zhang Xiaotong et al. hunn eng vergolde Bronzerelikt erfollegräich mat der Laser-Vertikalbestrahlung Flëssegkeetsfilmmethod restauréiert. Zhang Licheng et al. hunn Laserreinigungstechnologie bei der Restauratioun vun enger gemoolter Fraefigur aus der Han-Dynastie benotzt. Yuan Xiaodong et al. huet den Effekt vun der Laserreinigungstechnologie bei der Reinigung vu Steenreliquie ënnersicht a Schied um Sandsteenkierper virun an no der Reinigung verglach, souwéi d'Botzeffekter vu Tënteflecken, Rauchverschmotzung a Faarfverschmotzung.
Conclusioun: D'Laserreinigungstechnologie ass eng relativ fortgeschratt Technik, mat breede Fuerschungs- a Applikatiounsperspektiven a präzise Beräicher wéi Loft- a Raumfaart, Militärausrüstung an Elektronik- an Elektrotechnik. Aktuell gëtt d'Laserreinigungstechnologie a verschiddene Beräicher erfollegräich ugewannt, dank hirer effizienter, ëmweltfrëndlecher an exzellenter Reinigungsleistung. Hir Uwendungsberäicher erweideren sech lues a lues. D'Entwécklung vun der Laserreinigungstechnologie gouf net nëmmen a Beräicher wéi Lackentfernung a Rostentfernung reif ugewannt, mee et gouf och Berichter iwwer d'Benotzung vu Laser fir d'Botzen vun der Oxidschicht op Metalldrot an de leschte Joren. D'Expansioun vun existente Uwendungsberäicher an d'Entwécklung vun neie Beräicher sinn d'Grondlag vun der Entwécklung vun der Laserreinigungstechnologie. D'Fuerschung an d'Entwécklung vun neie Laserreinigungsausrüstungen an d'Entwécklung vun neie Laserreinigungsausrüstungen wäerten Differenzéierung weisen, wat zu verschiddene Funktiounen féiert. An Zukunft ass et och méiglech, eng vollautomatesch Laserreinigung duerch Kooperatioun mat Industrieroboter z'erreechen. Den Entwécklungstrend vun der Laserreinigungstechnologie ass wéi follegt:
(1) Stäerkung vun der Fuerschung iwwer d'Laserreinigungstheorie fir d'Uwendung vun der Laserreinigungstechnologie ze guidéieren. Nom Iwwerpréiwen vun enger grousser Zuel vun Dokumenter gouf festgestallt, datt et kee reife theoretesche System gëtt, deen d'Laserreinigungstechnologie ënnerstëtzt, an déi meescht Studien baséieren op Experimenter. D'Etabléierung vun engem theoretesche System fir d'Laserreinigung ass d'Grondlag fir déi weider Entwécklung a Reife vun der Laserreinigungstechnologie.
(2) Erweiderung vun existente Beräicher an nei Beräicher. D'Laserreinigungstechnologie gouf erfollegräich a Beräicher wéi der Entfernung vu Faarf a Rost ugewannt, an et gouf an de leschte Jore Berichter iwwer d'Benotzung vu Laser fir d'Botzen vun der Oxidschicht op Metalldrot. D'Expansioun vun existente Beräicher an d'Entwécklung vun neie Beräicher si fruchtbare Buedem fir d'Entwécklung vun der Laserreinigungstechnologie.
(3) Fuerschung an Entwécklung vun neien Laserreinigungsapparater. D'Entwécklung vun neien Laserreinigungsapparater wäert d'Differenzéierung weisen. Eng Zort ass Ausrüstung mat enger gewësser Universalitéit, déi verschidde Uwendungsberäicher ofdeckt, sou wéi een Apparat gläichzäiteg Lackentfernungs- a Rostentfernungsfunktiounen erfëlle kann. Déi aner Zort ass spezialiséiert Ausrüstung fir spezifesch Besoinen, wéi zum Beispill d'Entwécklung vu spezifesche Festplacken oder optesche Faseren, fir d'Funktioun fir d'Botzen vu Schadstoffer a klenge Raim z'erreechen. Duerch d'Zesummenaarbecht mat Industrieroboter ass vollautomatesch Laserreinigung och eng populär Uwendungsrichtung.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 17. Juli 2025
