La fabrication haut de gamme, les économies d’énergie et la réduction des émissions ont un besoin de plus en plus urgent de processus avancés.En termes de traitement de surface industriel, il existe un besoin urgent d’une mise à niveau complète de la technologie et des processus.Les processus de nettoyage industriels traditionnels, tels que le nettoyage par friction mécanique, le nettoyage contre la corrosion chimique, le nettoyage à fort impact, le nettoyage par ultrasons à haute fréquence, ont non seulement de longs cycles de nettoyage, mais sont également difficiles à automatiser, ont des effets nocifs sur l'environnement et ne parviennent pas à atteindre les objectifs fixés. effet nettoyant souhaité.Il ne peut pas bien répondre aux besoins d'un traitement fin.
Machines de nettoyage laser de précision : des perturbateurs dans le nettoyage industriel
Cependant, avec les contradictions de plus en plus importantes entre protection de l'environnement, haute efficacité et haute précision, les méthodes de nettoyage industriel traditionnelles sont considérablement remises en question.Parallèlement, diverses technologies de nettoyage favorables à la protection de l'environnement et adaptées aux pièces dans le domaine de l'ultra-finition ont vu le jour, et la technologie de nettoyage laser en fait partie.
Concept de nettoyage au laser
Le nettoyage au laser est une technologie qui utilise un laser focalisé pour agir sur la surface d'un matériau afin de vaporiser ou de décoller rapidement les contaminants présents sur la surface, afin de nettoyer la surface du matériau.Comparé à diverses méthodes traditionnelles de nettoyage physique ou chimique, le nettoyage au laser présente les caractéristiques suivantes : aucun contact, aucun consommable, aucune pollution, haute précision, aucun dommage ou petit dommage, et constitue un choix idéal pour une nouvelle génération de technologie de nettoyage industriel.
Principe de fonctionnement de la machine de nettoyage laser
Le principe de la machine de nettoyage laser est plus compliqué et peut inclure des processus physiques et chimiques.Dans de nombreux cas, les processus physiques constituent le processus principal, accompagné de certaines réactions chimiques.Les principaux processus peuvent être classés en trois catégories, à savoir le processus de gazéification, le processus de choc et le processus d'oscillation.
Processus de gazéification
Lorsque le laser à haute énergie est irradié sur la surface du matériau, la surface absorbe l'énergie laser et la convertit en énergie interne, de sorte que la température de surface augmente rapidement et dépasse la température de vaporisation du matériau, de sorte que les polluants sont séparé de la surface du matériau sous forme de vapeur.La vaporisation sélective se produit généralement lorsque le taux d'absorption de la lumière laser par les contaminants de surface est nettement supérieur à celui du substrat.Un cas d’application typique est le nettoyage des saletés sur les surfaces en pierre.Comme le montre la figure ci-dessous, les polluants à la surface de la pierre ont une forte absorption du laser et sont rapidement vaporisés.Lorsque les polluants sont éliminés et que le laser est irradié sur la surface de la pierre, l'absorption est faible, plus d'énergie laser est dispersée par la surface de la pierre, le changement de température de la surface de la pierre est faible et la surface de la pierre est protégée contre les dommages.
Un processus chimique typique se produit lorsqu’un laser dans la bande ultraviolette est utilisé pour nettoyer les contaminants organiques, appelé ablation au laser.Les lasers ultraviolets ont des longueurs d'onde courtes et une énergie photonique élevée.Par exemple, les lasers excimer KrF ont une longueur d'onde de 248 nm et une énergie photonique pouvant atteindre 5 eV, soit 40 fois supérieure à l'énergie photonique du laser CO2 (0,12 eV).Une énergie photonique aussi élevée est suffisante pour détruire les liaisons moléculaires de la matière organique, de sorte que les CC, CH, CO, etc. présents dans les polluants organiques soient rompus après absorption de l'énergie photonique du laser, entraînant une gazéification par pyrolyse et une élimination de la surface.
Processus de choc
Le processus de choc est une série de réactions qui se produisent lors de l’interaction entre le laser et le matériau, puis une onde de choc se forme à la surface du matériau.Sous l’action de l’onde de choc, les contaminants de surface se décomposent et se transforment en poussières ou débris décollés de la surface.Il existe de nombreux mécanismes qui provoquent des ondes de choc, notamment le plasma, la vapeur et les dilatations et contractions thermiques rapides.En utilisant les ondes de choc plasma comme exemple, il est possible de comprendre brièvement comment le processus de choc lors du nettoyage au laser élimine les contaminants de surface.Avec l'application de lasers à largeur d'impulsion ultra-courte (ns) et à puissance de crête ultra-élevée (107-1010 W/cm2), la température de surface augmentera toujours fortement même si la surface absorbe légèrement le laser, atteignant instantanément la température de vaporisation.Au-dessus, la vapeur s'est formée au-dessus de la surface du matériau, comme le montre le point (a) de la figure suivante.La température de la vapeur peut atteindre 104 – 105 K, ce qui peut ioniser la vapeur elle-même ou l'air ambiant pour former un plasma.Le plasma empêchera le laser d'atteindre la surface du matériau et la vaporisation de la surface du matériau peut s'arrêter, mais le plasma continuera à absorber l'énergie laser et la température continuera à augmenter, formant un état localisé de ultra-haute température et haute pression, qui produisent un débit instantané de 1 à 100 kbar à la surface du matériau.L'impact est progressivement transféré vers l'intérieur du matériau, comme le montrent les figures (b) et (c) ci-dessous.Sous l’action de l’onde de choc, les contaminants de surface sont brisés en minuscules poussières, particules ou fragments.Lorsque le laser est éloigné de la position d'irradiation, le plasma disparaît et une pression négative est générée localement, et les particules ou débris de contaminants sont éliminés de la surface, comme le montre la figure (d) ci-dessous.
Processus d'oscillation
Sous l’action d’impulsions courtes, les processus de chauffage et de refroidissement du matériau sont extrêmement rapides.Étant donné que différents matériaux ont des coefficients de dilatation thermique différents, sous l'irradiation d'un laser à impulsion courte, les contaminants de surface et le substrat subiront une dilatation thermique à haute fréquence et une contraction de différents degrés, entraînant une oscillation, provoquant le décollement des contaminants de la surface de le matériel.Au cours de ce processus d'exfoliation, la vaporisation du matériau ne peut pas se produire et le plasma ne peut pas être généré.Au lieu de cela, la force de cisaillement formée à l’interface du contaminant et du substrat sous l’action de l’oscillation détruit la liaison entre le contaminant et le substrat..Des études ont montré que lorsque l'angle d'incidence du laser est légèrement augmenté, le contact entre le laser et la contamination particulaire et l'interface du substrat peut être augmenté, le seuil de nettoyage laser peut être réduit, l'effet d'oscillation est plus évident et le l'efficacité du nettoyage est plus élevée.Toutefois, l’angle d’incidence ne doit pas être trop grand.Un angle d'incidence trop grand réduira la densité d'énergie agissant sur la surface du matériau et affaiblira la capacité de nettoyage du laser.
Applications industrielles des nettoyeurs laser
Industrie du moule
Le nettoyeur laser peut réaliser le nettoyage sans contact du moule, ce qui est très sûr pour la surface du moule, peut garantir sa précision et peut nettoyer les particules de saleté submicroniques qui ne peuvent pas être éliminées par les méthodes de nettoyage traditionnelles, de sorte que pour obtenir un nettoyage véritablement sans pollution, efficace et de haute qualité.
Industrie des instruments de précision
L’industrie des machines de précision doit souvent éliminer les esters et les huiles minérales utilisés pour la lubrification et la résistance à la corrosion des pièces, généralement chimiquement, et le nettoyage chimique laisse souvent des résidus.La désestérification au laser permet d'éliminer complètement les esters et les huiles minérales sans endommager la surface des pièces.Le laser favorise la gazéification explosive de la fine couche d'oxyde à la surface de la pièce pour former une onde de choc, ce qui entraîne l'élimination des contaminants plutôt qu'une interaction mécanique.
Industrie ferroviaire
À l'heure actuelle, tous les nettoyages de rails avant soudage adoptent un nettoyage de type meulage par meule et bande abrasive, ce qui provoque de graves dommages au substrat et de graves contraintes résiduelles, et consomme beaucoup de consommables de meule chaque année, ce qui est coûteux et entraîne de graves conséquences. pollution par la poussière dans l'environnement.Le nettoyage au laser peut fournir une technologie de nettoyage écologique efficace et de haute qualité pour la production de pose de voies ferrées à grande vitesse de mon pays, résoudre les problèmes ci-dessus, éliminer les défauts de soudure tels que les trous de rail sans soudure et les points gris, et améliorer la stabilité et la sécurité des hautes voies de mon pays. -exploitation ferroviaire à grande vitesse.
Industrie aéro-nautique
La surface de l'avion doit être repeinte après un certain temps, mais l'ancienne peinture d'origine doit être complètement enlevée avant de peindre.Le trempage/essuyage chimique est la principale méthode de décapage de peinture dans le domaine aéronautique.Cette méthode génère une grande quantité de déchets auxiliaires chimiques et il est impossible de réaliser un entretien local et un décapage de peinture.Ce processus représente une lourde charge de travail et est nocif pour la santé.Le nettoyage au laser permet une élimination de haute qualité de la peinture sur les surfaces de revêtement des avions et est facilement automatisé pour la production.À l'heure actuelle, la technologie de nettoyage au laser a été appliquée à l'entretien de certains modèles haut de gamme.
Industrie navale
À l'heure actuelle, le nettoyage de pré-production des navires adopte principalement la méthode de sablage.La méthode de sablage a provoqué une grave pollution par les poussières dans l'environnement et a été progressivement interdite, entraînant la réduction, voire la suspension, de la production des constructeurs navals.La technologie de nettoyage au laser fournira une solution de nettoyage écologique et non polluante pour la pulvérisation anticorrosion sur les surfaces des navires.
Armes
La technologie de nettoyage au laser a été largement utilisée dans l’entretien des armes.Le système de nettoyage laser peut éliminer la rouille et les contaminants de manière efficace et rapide, et peut sélectionner la pièce à nettoyer pour réaliser l'automatisation du nettoyage.Grâce au nettoyage au laser, non seulement la propreté est supérieure à celle du processus de nettoyage chimique, mais elle n'endommage également presque aucun dommage à la surface de l'objet.En définissant différents paramètres, la machine de nettoyage laser peut également former un film protecteur d'oxyde dense ou une couche de fusion métallique sur la surface des objets métalliques pour améliorer la résistance de la surface et la résistance à la corrosion.Les déchets éliminés par le laser ne polluent fondamentalement pas l'environnement et peuvent également être utilisés sur de longues distances, ce qui réduit efficacement les dommages à la santé de l'opérateur.
Extérieur du bâtiment
De plus en plus de gratte-ciel sont construits et le problème du nettoyage des murs extérieurs des bâtiments est devenu de plus en plus important.Le système de nettoyage laser nettoie bien les murs extérieurs des bâtiments grâce aux fibres optiques.La solution d'une longueur maximale de 70 mètres peut nettoyer efficacement divers polluants sur diverses pierres, métaux et verre, et son efficacité est bien supérieure à celle du nettoyage conventionnel.Il peut également éliminer les points noirs et les taches de diverses pierres des bâtiments.Le test de nettoyage du système de nettoyage au laser sur les bâtiments et les monuments en pierre montre que le nettoyage au laser a un bon effet sur la protection de l'apparence des bâtiments anciens.
Industrie électronique
L'industrie électronique utilise des lasers pour éliminer les oxydes : L'industrie électronique nécessite une décontamination de haute précision et la désoxydation laser est particulièrement adaptée.Les broches des composants doivent être soigneusement désoxydées avant de souder la carte pour garantir un contact électrique optimal et les broches ne doivent pas être endommagées pendant le processus de décontamination.Le nettoyage au laser peut répondre aux exigences d'utilisation, et l'efficacité est très élevée, et une seule irradiation laser est requise pour chaque aiguille.
Centrale Nucléaire
Les systèmes de nettoyage au laser sont également utilisés pour le nettoyage des conduites des réacteurs des centrales nucléaires.Il utilise une fibre optique pour introduire un faisceau laser de haute puissance dans le réacteur afin d'éliminer directement la poussière radioactive, et le matériau nettoyé est facile à nettoyer.Et comme il fonctionne à distance, la sécurité du personnel peut être garantie.
Résumé
L'industrie manufacturière de pointe d'aujourd'hui est devenue le point culminant de la concurrence internationale.En tant que système avancé dans la fabrication laser, la machine de nettoyage laser présente un grand potentiel d’application dans le développement industriel.Le développement vigoureux de la technologie de nettoyage au laser revêt une importance stratégique très importante pour le développement économique et social.