أجهزة التنظيف بالليزر الدقيقة: أدوات ثورية في التنظيف الصناعي
تتطلب عمليات التصنيع عالية الجودة وتوفير الطاقة وخفض الانبعاثات بشكل متزايد عمليات متقدمة. من حيث معالجة الأسطح الصناعية، هناك حاجة ملحة للترقية الشاملة للتكنولوجيا والعمليات. عمليات التنظيف الصناعية التقليدية، مثل التنظيف بالاحتكاك الميكانيكي، والتنظيف بالتآكل الكيميائي، والتنظيف بالصدمات القوية، والتنظيف بالموجات فوق الصوتية عالية التردد، ليس فقط لها دورات تنظيف طويلة، ولكن من الصعب أتمتتها، ولها تأثيرات ضارة على البيئة، وتفشل في تحقيق تأثير التنظيف المطلوب. لا يمكنها تلبية احتياجات المعالجة الدقيقة بشكل جيد.
ومع ذلك، مع تزايد التناقضات البارزة بين حماية البيئة والكفاءة العالية والدقة العالية، تواجه طرق التنظيف الصناعية التقليدية تحديات كبيرة. وفي الوقت نفسه، ظهرت تقنيات تنظيف مختلفة مواتية لحماية البيئة ومناسبة للأجزاء في مجال التشطيب الفائق، وتعد تقنية التنظيف بالليزر واحدة منها.
مفهوم التنظيف بالليزر
التنظيف بالليزر هو تقنية تستخدم ليزرًا مركّزًا للعمل على سطح مادة ما لتبخير أو تقشير الملوثات الموجودة على السطح بسرعة، وذلك لتنظيف سطح المادة. بالمقارنة مع طرق التنظيف الفيزيائية أو الكيميائية التقليدية المختلفة، يتميز التنظيف بالليزر بعدم التلامس، وعدم وجود مواد استهلاكية، وعدم التلوث، والدقة العالية، وعدم التلف أو التلف الصغير، وهو خيار مثالي لجيل جديد من تكنولوجيا التنظيف الصناعي.
مبدأ عمل جهاز التنظيف بالليزر
مبدأ آلة التنظيف بالليزر إن عملية التغويز أكثر تعقيدًا، وقد تشمل كلًا من العمليات الفيزيائية والكيميائية. وفي كثير من الحالات، تكون العمليات الفيزيائية هي العملية الرئيسية، مصحوبة ببعض التفاعلات الكيميائية. ويمكن تصنيف العمليات الرئيسية إلى 3 فئات، بما في ذلك عملية التغويز، وعملية الصدمة، وعملية التذبذب.
عملية التغويز
عندما يتم تشعيع الليزر عالي الطاقة على سطح المادة، يمتص السطح طاقة الليزر ويحولها إلى طاقة داخلية، بحيث ترتفع درجة حرارة السطح بسرعة وتصل إلى أعلى من درجة حرارة تبخر المادة، بحيث يتم فصل الملوثات عن سطح المادة في شكل بخار. يحدث التبخير الانتقائي عادة عندما يكون معدل امتصاص ضوء الليزر بواسطة الملوثات السطحية أعلى بكثير من معدل الركيزة. حالة التطبيق النموذجية هي تنظيف الأوساخ على الأسطح الحجرية. كما هو موضح في الشكل أدناه، فإن الملوثات الموجودة على سطح الحجر لها امتصاص قوي لليزر وتتبخر بسرعة. عند إزالة الملوثات وتشعيع الليزر على سطح الحجر، يكون الامتصاص ضعيفًا، وتنتشر طاقة الليزر أكثر بواسطة سطح الحجر، ويكون التغير في درجة حرارة سطح الحجر صغيرًا، ويتم حماية سطح الحجر من التلف.
تحدث عملية كيميائية نموذجية عندما يتم استخدام ليزر في نطاق الأشعة فوق البنفسجية لتنظيف الملوثات العضوية، وهو ما يسمى بالاستئصال بالليزر. تتمتع أشعة الليزر فوق البنفسجية بأطوال موجية قصيرة وطاقة فوتون عالية. على سبيل المثال، تتمتع أشعة الليزر إكسيمر KrF بطول موجي يبلغ 248 نانومتر وطاقة فوتون تصل إلى 5 إلكترون فولت، وهو أعلى 40 مرة من CO2 طاقة فوتون الليزر (0.12 إلكترون فولت). هذه الطاقة العالية من الفوتون كافية لتدمير الروابط الجزيئية للمادة العضوية، بحيث يتم كسر CC وCH وCO وما إلى ذلك في الملوثات العضوية بعد امتصاص طاقة الفوتون من الليزر، مما يؤدي إلى تحويل الغاز إلى غاز بالتحلل الحراري وإزالته من السطح.
عملية الصدمة
عملية الصدمة هي عبارة عن سلسلة من التفاعلات التي تحدث أثناء التفاعل بين الليزر والمادة، ثم تتشكل موجة صدمة على سطح المادة. وتحت تأثير موجة الصدمة، تتكسر الملوثات السطحية وتصبح غبارًا أو حطامًا مقشرًا من السطح. وهناك العديد من الآليات التي تسبب موجات الصدمة، بما في ذلك البلازما والبخار والتمدد الحراري السريع والانكماش. وباستخدام موجات الصدمة البلازمية كمثال، من الممكن أن نفهم بإيجاز كيف تزيل عملية الصدمة في التنظيف بالليزر الملوثات السطحية. ومع تطبيق الليزر ذي عرض النبضة القصير للغاية (ns) وقوة الذروة العالية للغاية (107-1010 واط/سم2)، ستظل درجة حرارة السطح ترتفع بشكل حاد حتى لو امتص السطح الليزر برفق، لتصل إلى درجة حرارة التبخر على الفور. أعلاه، البخار المتكون فوق سطح المادة، كما هو موضح في (أ) في الشكل التالي. يمكن أن تصل درجة حرارة البخار إلى 104 - 105 كلفن، مما يمكن أن يؤين البخار نفسه أو الهواء المحيط لتكوين بلازما. سيمنع البلازما الليزر من الوصول إلى سطح المادة، وقد يتوقف تبخر سطح المادة، لكن البلازما ستستمر في امتصاص طاقة الليزر، وستستمر درجة الحرارة في الارتفاع، لتشكل حالة موضعية من درجة الحرارة العالية للغاية والضغط العالي، مما ينتج عنه 1-100 كيلو بار على سطح المادة. ينتقل التأثير تدريجيًا إلى داخل المادة، كما هو موضح في الشكلين (ب) و (ج) أدناه. تحت تأثير موجة الصدمة، يتم تفتيت الملوثات السطحية إلى غبار أو جزيئات أو شظايا صغيرة. عندما يتم تحريك الليزر بعيدًا عن موضع التشعيع، تختفي البلازما ويتم توليد ضغط سلبي محليًا، ويتم إزالة جزيئات أو حطام الملوثات من السطح، كما هو موضح في الشكل (د) أدناه.
عملية التذبذب
تحت تأثير النبضات القصيرة، تكون عمليات تسخين وتبريد المادة سريعة للغاية. نظرًا لأن المواد المختلفة لها معاملات تمدد حراري مختلفة، تحت إشعاع الليزر النبضي القصير، ستخضع الملوثات السطحية والركيزة للتمدد الحراري عالي التردد والانكماش بدرجات مختلفة، مما يؤدي إلى التذبذب، مما يتسبب في تقشير الملوثات من سطح المادة. أثناء عملية التقشير هذه، قد لا يحدث تبخر للمادة، وقد لا يتم توليد البلازما. بدلاً من ذلك، تدمر قوة القص المتكونة عند واجهة الملوث والركيزة تحت تأثير التذبذب الرابطة بين الملوث والركيزة. أظهرت الدراسات أنه عندما تزداد زاوية سقوط الليزر قليلاً، يمكن زيادة الاتصال بين الليزر وتلوث الجسيمات وواجهة الركيزة، ويمكن تقليل عتبة تنظيف الليزر، ويكون تأثير التذبذب أكثر وضوحًا، وتكون كفاءة التنظيف أعلى. ومع ذلك، يجب ألا تكون زاوية السقوط كبيرة جدًا. ستؤدي زاوية السقوط الكبيرة جدًا إلى تقليل كثافة الطاقة المؤثرة على سطح المادة وإضعاف قدرة الليزر على التنظيف.
تطبيقات صناعة أجهزة التنظيف بالليزر
صناعة القوالب
يمكن لمنظف الليزر تحقيق التنظيف غير التلامسي للقالب، وهو آمن جدًا لسطح القالب، ويمكنه ضمان دقته، ويمكنه تنظيف جزيئات الأوساخ دون الميكرون التي لا يمكن إزالتها بطرق التنظيف التقليدية، وذلك لتحقيق تنظيف خالٍ من التلوث وفعال وعالي الجودة حقًا.
صناعة الأدوات الدقيقة
غالبًا ما تحتاج صناعة الآلات الدقيقة إلى إزالة الإسترات والزيوت المعدنية المستخدمة للتشحيم ومقاومة التآكل من الأجزاء، عادةً كيميائيًا، وغالبًا ما يترك التنظيف الكيميائي بقايا. يمكن لعملية إزالة الأسترة بالليزر إزالة الإسترات والزيوت المعدنية بالكامل دون الإضرار بسطح الأجزاء. يعزز الليزر التغويز المتفجر لطبقة الأكسيد الرقيقة على سطح الجزء لتكوين موجة صدمية، مما يؤدي إلى إزالة الملوثات بدلاً من التفاعل الميكانيكي.
صناعة السكك الحديدية
في الوقت الحاضر، تعتمد جميع عمليات تنظيف ما قبل اللحام للسكك الحديدية على تنظيف عجلة الطحن وحزام الطحن الكاشط، مما يتسبب في أضرار جسيمة للركيزة وإجهاد متبقي خطير، ويستهلك الكثير من المواد الاستهلاكية لعجلة الطحن كل عام، وهو أمر مكلف ويسبب تلوثًا خطيرًا بالغبار للبيئة. يمكن أن يوفر التنظيف بالليزر تقنية تنظيف خضراء عالية الجودة وفعالة لإنتاج وضع مسارات السكك الحديدية عالية السرعة في بلدي، وحل المشكلات المذكورة أعلاه، والقضاء على عيوب اللحام مثل ثقوب السكك الحديدية الملحومة والبقع الرمادية، وتحسين استقرار وسلامة تشغيل السكك الحديدية عالية السرعة في بلدي.
صناعة الطيران
تحتاج أسطح الطائرات إلى إعادة الطلاء بعد فترة زمنية معينة، ولكن يجب إزالة الطلاء القديم الأصلي تمامًا قبل الطلاء. النقع/المسح الكيميائي هو الطريقة الرئيسية لإزالة الطلاء في مجال الطيران. تؤدي هذه الطريقة إلى كمية كبيرة من النفايات الكيميائية المساعدة، ومن المستحيل تحقيق الصيانة المحلية وإزالة الطلاء. هذه العملية تتطلب عبئًا ثقيلًا وضارة بالصحة. يتيح التنظيف بالليزر إزالة الطلاء عالي الجودة على أسطح جلد الطائرة ويمكن أتمتته بسهولة للإنتاج. في الوقت الحاضر، تم تطبيق تقنية التنظيف بالليزر على صيانة بعض النماذج الراقية.
صناعة السفن
في الوقت الحاضر، يعتمد تنظيف السفن قبل الإنتاج بشكل أساسي على طريقة التفجير بالرمل. تسببت طريقة التفجير بالرمل في تلوث غباري خطير للبيئة المحيطة وتم حظرها تدريجياً، مما أدى إلى انخفاض أو حتى تعليق الإنتاج من قبل الشركات المصنعة للسفن. ستوفر تقنية التنظيف بالليزر حل تنظيف أخضر وخالي من التلوث للرش المضاد للتآكل على أسطح السفن.
الأسلحة
لقد تم استخدام تقنية التنظيف بالليزر على نطاق واسع في صيانة الأسلحة. يمكن لنظام التنظيف بالليزر إزالة الصدأ والملوثات بكفاءة وسرعة، ويمكن تحديد جزء التنظيف لتحقيق أتمتة التنظيف. باستخدام التنظيف بالليزر، لا تكون النظافة أعلى من عملية التنظيف الكيميائي فحسب، بل إنها أيضًا لا تسبب أي ضرر تقريبًا لسطح الجسم. من خلال ضبط معلمات مختلفة، يمكن لآلة التنظيف بالليزر أيضًا تكوين طبقة واقية كثيفة من الأكسيد أو طبقة ذوبان معدنية على سطح الأجسام المعدنية لتحسين قوة السطح ومقاومة التآكل. النفايات التي يزيلها الليزر لا تلوث البيئة بشكل أساسي، ويمكن أيضًا تشغيلها على مسافة طويلة، مما يقلل بشكل فعال من الضرر الذي يلحق بصحة المشغل.
المبنى الخارجي
يتم بناء المزيد والمزيد من ناطحات السحاب، وأصبحت مشكلة تنظيف الجدران الخارجية للمباني بارزة بشكل متزايد. ينظف نظام التنظيف بالليزر الجدران الخارجية للمباني جيدًا من خلال الألياف الضوئية. يمكن للحل بطول أقصى يبلغ 70 مترًا تنظيف الملوثات المختلفة على مختلف الأحجار والمعادن والزجاج بشكل فعال، وكفاءته أعلى بكثير من التنظيف التقليدي. يمكنه أيضًا إزالة البقع السوداء والبقع من مختلف الأحجار في المباني. يُظهر اختبار التنظيف لنظام التنظيف بالليزر على المباني والآثار الحجرية أن التنظيف بالليزر له تأثير جيد على حماية مظهر المباني القديمة.
صناعة الإلكترونيات
تستخدم صناعة الإلكترونيات الليزر لإزالة الأكاسيد: تتطلب صناعة الإلكترونيات إزالة التلوث بدقة عالية، وتعد إزالة الأكسدة بالليزر مناسبة بشكل خاص. يجب إزالة الأكسدة من دبابيس المكونات تمامًا قبل لحام اللوحة لضمان الاتصال الكهربائي الأمثل ويجب ألا تتلف الدبابيس أثناء عملية إزالة التلوث. يمكن أن يلبي التنظيف بالليزر متطلبات الاستخدام، والكفاءة عالية جدًا، ولا يلزم سوى إشعاع ليزر واحد لكل إبرة.
محطة الطاقة النووية
تُستخدم أنظمة التنظيف بالليزر أيضًا في تنظيف أنابيب المفاعلات في محطات الطاقة النووية. تستخدم الألياف الضوئية لإدخال شعاع ليزر عالي الطاقة إلى المفاعل لإزالة الغبار المشع مباشرة، كما يسهل تنظيف المادة المنظفة. ولأنها تعمل عن بعد، يمكن ضمان سلامة الموظفين.
الملخص
أصبحت صناعة التصنيع المتقدمة اليوم من أهم الصناعات في المنافسة الدولية. وباعتبارها نظامًا متقدمًا في تصنيع الليزر، تتمتع آلة التنظيف بالليزر بإمكانات كبيرة لقيمة التطبيق في التنمية الصناعية. إن تطوير تكنولوجيا التنظيف بالليزر بشكل نشط له أهمية استراتيجية كبيرة للتنمية الاقتصادية والاجتماعية.
لمزيد من القراءة
18 أفضل الطرق لإزالة الصدأ من المعدن
يمكنك إما استخدام منظفات الليزر أو الأدوات الكهربائية أو المواد الكيميائية لتنظيف الأجزاء المعدنية الصدئة، أو يمكنك استخدام مزيل الصدأ محلي الصنع لإزالة الصدأ من الأدوات المعدنية.
كم سعر إزالة الصدأ بالليزر؟
تتراوح أسعار أجهزة إزالة الصدأ بالليزر من $3من 800 إلى $52,000 جهاز، تتراوح من أجهزة إزالة الأوساخ منخفضة الطاقة إلى أجهزة التنظيف عالية الطاقة إلى روبوتات إزالة الصدأ الأوتوماتيكية.
التنظيف بالليزر مقابل النفخ الرملي مقابل النفخ بالثلج الجاف
ما هي أوجه التشابه والاختلاف والمزايا والعيوب بين التنظيف بالليزر والنفخ الرملي والنفخ بالثلج الجاف؟ تقارن هذه المقالة بينهما بالتفصيل.
دليل عملي لآلة التنظيف بالليزر للمبتدئين
ستفهم ما هي آلة التنظيف بالليزر؟ ما هي ميزاتها وفوائدها؟ كيف تعمل؟ ما هي استخداماتها؟ كم تكلفتها؟ في هذه المدونة. إنها دليل عملي لتنظيف الليزر للمبتدئين.
الليزر النبضي مقابل الليزر المستمر للتنظيف واللحام
ما هي الفروق بين الليزر الموجي المستمر والليزر النبضي للتنظيف واللحام؟ دعونا نجري مقارنة بين الليزر النبضي والليزر الموجي المستمر للمفاصل المعدنية وإزالة الصدأ وإزالة الطلاء وإزالة الطلاء.
ما هو الليزر الليفي؟ البصريات، الميزات، الأنواع، الاستخدامات، التكاليف
ستفهم تعريف وميزات ومبادئ وأنواع وبصريات وتكاليف ألياف الليزر واستخداماتها في القطع والنقش والعلامات واللحام والتنظيف من هذه المقالة.