Làm sạch laser và sản xuất kim loại tấm chính xác độ chính xác thô của tấm chính xác ngày nay chỉ đơn giản là không thể thực hiện được nếu không có công nghệ laser. Cắt laser đã có mặt khắp nơi và hàn laser (dù tự động hay thủ công) cũng nhanh chóng trở nên phổ biến. Nhưng laser làm nhiều hơn là chỉ cắt và hàn, chúng có thể làm sạch. Mặc dù công nghệ làm sạch laser vẫn chưa trở nên phổ biến, nhưng nó đã tự thiết lập trong các ứng dụng như loại bỏ sơn và rỉ sét, đặc biệt là trong các ứng dụng làm sạch chuyên dụng trong các ngành công nghiệp như hàng không vũ trụ và ô tô. Hầu hết các thiết bị làm sạch laser sử dụng quang học quét di chuyển chùm tia laser với tốc độ vài mét mỗi giây để chiếu nó thành hình dạng mong muốn (như hình tròn hoặc hình chữ nhật) lên bề mặt.
Chính xác thì việc làm sạch laser là gì?
Làm sạch laser bao gồm một loạt các quy trình khác nhau thuộc hai loại chính. Một là loại bỏ các chất gây ô nhiễm bề mặt, và cái còn lại là "khắc" hoặc "kết cấu" của một bề mặt để phù hợp với lớp phủ cụ thể, liên kết dính hoặc nhu cầu ứng dụng khác. Mặc dù loại bỏ chất gây ô nhiễm (được gọi là "làm sạch") và kết cấu laser có thể sử dụng tương tự hoặc thậm chí cùng một thiết bị, hai quy trình là khác biệt và các nhà sản xuất chọn giữa các loại khác nhau tùy thuộc vào nhu cầu của chúng.
Làm thế nào laser sạch?
Tại lõi của nó, làm sạch laser là về việc loại bỏ các chất gây ô nhiễm bề mặt, chẳng hạn như rỉ sét và sơn không mong muốn. Thiết bị thường được trang bị hệ thống chiết xuất khói, thu được các chất gây ô nhiễm được loại bỏ bằng laser. Trong một số ứng dụng hàng không vũ trụ quan trọng, chẳng hạn như làm sạch titan, một loại khí che chắn được sử dụng để ngăn chặn sự hình thành oxit. Trong nhiều ứng dụng phổ biến, laser hoạt động bằng cách loại bỏ các chất gây ô nhiễm bề mặt. Cắt bỏ (chuyển đổi chất rắn trực tiếp thành khí) hoạt động tốt nhất khi ngưỡng cắt bỏ của chất gây ô nhiễm ở dưới mức của kim loại cơ bản, do đó laser có thể nguyên tử hóa chất gây ô nhiễm mà không ảnh hưởng đến bề mặt kim loại. Năng lượng được cung cấp bởi laser thực hiện hoạt động làm sạch theo những cách khác nhau, tùy thuộc vào vật liệu được loại bỏ. Ví dụ, đôi khi laser tạo ra hiệu ứng sốc nhiệt trên bề mặt, gây ra sự khác biệt về các hệ số giãn nở nhiệt giữa các mảnh vụn bề mặt như rỉ sét và kim loại cơ bản, và sốc tạo ra "sự rung chuyển" của các hạt gỉ trên bề mặt. Trong các trường hợp khác, sức nóng của laser đốt cháy vật liệu được loại bỏ, thường là sơn hoặc các lớp phủ hữu cơ khác.
Ô nhiễm dầu là trong suốt đối với laser, do đó nó không bị loại bỏ bằng cách cắt bỏ hoặc sốc nhiệt. Trong trường hợp này, laser "sôi" một số phần của dầu. Cụ thể, laser làm nóng các khu vực nhỏ của bề mặt kim loại, khiến các giọt dầu nhảy từ bề mặt lên không trung, nơi hệ thống chiết xuất khói thu được các giọt này. "Trong các ứng dụng này, hệ thống chiết xuất khói cũng quan trọng như chính laser.
Bề mặt kết cấu laser
Laser cung cấp độ chính xác rất khó để phù hợp với các công cụ khác. Công suất laser, thời gian xung và cấu hình chùm tia có thể được điều chỉnh để quá trình chỉ loại bỏ phần dự định và khiến các khu vực khác không bị ảnh hưởng. Giống như làm sạch laser sẽ loại bỏ các chất gây ô nhiễm trong khi để lại nguyên chất kim loại cơ bản, kết cấu laser cũng có thể được thực hiện với điều khiển chính xác. Trong các quá trình này, chùm tia laser thường là một chùm Gaussian có năng lượng cao ở trung tâm của chùm tia, loại bỏ lớp kim loại và làm cho kim loại bên dưới nó trải qua một trạng thái thay đổi tức thời từ chất rắn sang chất lỏng và trở lại rắn. Quá trình thường sử dụng laser đơn chế độ, cho phép kích thước điểm rất nhỏ, tạo ra kết cấu cực kỳ chính xác. Một sự tương tự có thể được rút ra để nổ mìn, trong đó kích thước của mỗi hạt cát được kiểm soát chính xác, mặc dù kết cấu laser hoạt động theo cách xử lý hoàn toàn khác nhau với sức nóng của laser thay vì tác động vật lý của các hạt cát. Trong một số ứng dụng chế tạo kim loại, kết cấu laser có thể mô hình chính xác một bề mặt để thay đổi tính chất của nó, chẳng hạn như làm cho nó kỵ nước. Các ứng dụng kết cấu chính xác này thường sử dụng laser với thời lượng xung rất ngắn, thường được đo bằng picoseconds hoặc femtoseconds. Nhiều ứng dụng kết cấu khác được sử dụng để chuẩn bị bề mặt kim loại cho lớp phủ mà không cần sử dụng hóa chất grit hoặc làm sạch.
.
Ứng dụng tự động
Làm sạch laser tự động đang trở nên phổ biến hơn trong môi trường có khối lượng lớn, có khối lượng lớn. Ví dụ, làm sạch các mối hàn pin là một ứng dụng điển hình. "Các hệ thống này xử lý hàng triệu bộ phận, hàn nhiều phôi mỗi giây để làm sạch bề mặt." Loại bỏ bôi trơn sau khi dập là một ứng dụng đang phát triển khác. Trước đây, các hoạt động này dựa trên các đường làm sạch lớn để chuẩn bị tem cho lớp phủ, sử dụng một lượng lớn nước dễ dàng bị ô nhiễm bằng kim loại và các mảnh vụn khác và khó khăn và tốn kém để xử lý. Chuẩn bị trái phiếu là một lĩnh vực ứng dụng quan trọng khác, đặc biệt là kết cấu laser. Trong một số trường hợp, vỏ có thể cần được lắp ráp với một chất kết dính cụ thể phù hợp với một bề mặt với một kết cấu hoặc hoa văn cụ thể. Sản xuất phanh sử dụng một công nghệ tương tự, trong đó kết cấu laser trên bề mặt kim loại trước khi đặt miếng phanh.
Thay thế đá cát?
Tốc độ và lợi thế chất lượng của hàn laser đã được biết đến, đó là lý do tại sao nó ngày càng xuất hiện trên sàn cửa hàng. Vì vậy, kết cấu laser có thể thay thế việc phun cát không? Thiết bị tự động hoạt động tốt trong các tình huống có khối lượng lớn, hỗn hợp thấp, đặc biệt là đối với hình học phần đơn giản. Tuy nhiên, khi các bộ phận trở nên phức tạp hơn và sự kết hợp một phần trở nên lớn hơn, khó khăn của tự động hóa tăng lên. Điều này có liên quan đến bản chất của kết cấu laser, lý tưởng đòi hỏi chùm tia phải vuông góc với bề mặt kim loại, hoặc càng gần vuông góc càng tốt.
Một sự thay thế mới nổi
Làm sạch laser và kết cấu không phù hợp trong mọi trường hợp, tùy thuộc vào các chất gây ô nhiễm cần được loại bỏ và các yêu cầu chuẩn bị bề mặt. Ví dụ, laser không giỏi trong việc loại bỏ quy mô nhà máy khỏi tấm cán nóng dày, đặc biệt là trong một môi trường tự động đòi hỏi thông lượng cao. Tuy nhiên, làm sạch laser và kết cấu cho thấy tiềm năng lớn, đặc biệt là trong các ngành công nghiệp tìm kiếm những người lao động lành nghề. Chất tẩy rửa cát và chất tẩy rửa hóa học thường làm cho môi trường ít hơn nguyên sơ. "Nhiều người muốn nhìn thấy các quy trình xanh hơn, bền vững hơn trong sản xuất", Miller Cordeiro, người quản lý nội dung tại Laser Photonics cho biết. "Làm sạch laser và các công nghệ tương tự cung cấp cho các nhà sản xuất nhiều lựa chọn hơn trong khi giúp họ cải thiện lợi tức đầu tư." Thay thế tất cả các hạt và hóa chất bằng laser, cùng với các giao thức an toàn phù hợp (PPE, an toàn ánh sáng, vỏ khóa liên hệ với kính an toàn laser thích hợp), có thể làm cho sàn nhà máy trở thành nơi sạch hơn và hấp dẫn hơn để làm việc. Đối với một ngành công nghiệp liên tục tìm kiếm những cách mới để thu hút người lao động, tạo ra một môi trường làm việc tốt hơn chắc chắn là một ý tưởng tốt.
