Làm sạch bằng Laser so với Tạo bề mặt: Ứng dụng công nghiệp, Lợi ích và Xu hướng Tương lai

Nếu không có công nghệ laser, những thành tựu ngày nay trong sản xuất kim loại tấm chính xác sẽ không thể đạt được. Hiện nay, việc cắt bằng laze đã phổ biến và hàn laze-dù là tự động hay thủ công-đang nhanh chóng trở nên phổ biến. Tuy nhiên, tia laser không chỉ giới hạn ở việc cắt và hàn; họ cũng có thể thực hiện việc dọn dẹp.

Mặc dù công nghệ làm sạch bằng laser chưa được áp dụng rộng rãi nhưng nó đã tạo được chỗ đứng vững chắc trong các ứng dụng như loại bỏ sơn và loại bỏ rỉ sét, đặc biệt là trong các quy trình làm sạch chuyên dụng trong các ngành công nghiệp như hàng không vũ trụ và ô tô. Hầu hết các thiết bị làm sạch bằng laser đều sử dụng các thành phần quang học quét, có thể di chuyển chùm tia laser với tốc độ vài mét mỗi giây, chiếu nó lên các bề mặt có hình dạng mong muốn (chẳng hạn như hình tròn hoặc hình chữ nhật).

Làm sạch bằng lazebao gồm một loạt các quy trình khác nhau, chủ yếu được chia thành hai loại. Một cách liên quan đến việc loại bỏ các chất gây ô nhiễm bề mặt, trong khi cách kia liên quan đến việc "khắc" hoặc "tạo họa tiết" bề mặt để đáp ứng các yêu cầu cụ thể về lớp phủ, liên kết dính hoặc các ứng dụng khác. Mặc dù việc loại bỏ chất gây ô nhiễm (được gọi là "làm sạch") và tạo kết cấu bằng laser có thể sử dụng thiết bị tương tự hoặc thậm chí giống hệt nhau, hai quy trình này về cơ bản là khác nhau và các nhà sản xuất chọn danh mục phù hợp dựa trên nhu cầu cụ thể của họ.

Cốt lõi của việc làm sạch bằng laser là loại bỏ các chất gây ô nhiễm bề mặt, chẳng hạn như rỉ sét và lớp sơn không mong muốn. Thiết bị thường bao gồm một hệ thống hút khói để thu giữ các chất ô nhiễm bị loại bỏ bằng tia laser. Trong một số ứng dụng hàng không vũ trụ quan trọng, chẳng hạn như làm sạch titan, cần có khí bảo vệ để ngăn chặn sự hình thành oxit.

Trong nhiều ứng dụng phổ biến, tia laser hoạt động bằng cách loại bỏ các chất gây ô nhiễm bề mặt. Quá trình mài mòn (chuyển đổi trực tiếp vật liệu rắn thành khí) hiệu quả nhất khi ngưỡng mài mòn của chất gây ô nhiễm thấp hơn đáng kể so với kim loại cơ bản, cho phép tia laser làm bay hơi các chất gây ô nhiễm mà không ảnh hưởng đến bề mặt kim loại.

Năng lượng do tia laser cung cấp thực hiện các hoạt động làm sạch theo nhiều cách khác nhau, tùy thuộc vào vật liệu cần loại bỏ. Ví dụ, đôi khi tia laser tạo ra hiệu ứng sốc nhiệt trên bề mặt, khiến các mảnh vụn trên bề mặt như rỉ sét "rung chuyển" do sự khác biệt về hệ số giãn nở nhiệt giữa chất gây ô nhiễm và kim loại cơ bản. Trong các trường hợp khác, nhiệt của tia laze sẽ đốt cháy vật liệu cần loại bỏ-thường là sơn hoặc các lớp phủ hữu cơ khác.

Vết dầu trong suốt dưới ánh sáng laser và do đó không thể loại bỏ bằng cách mài mòn hoặc sốc nhiệt. Trong những trường hợp như vậy, tia laser sẽ "làm sôi" một số phần của dầu. Cụ thể, tia laser làm nóng một vùng nhỏ trên bề mặt kim loại, khiến các giọt dầu bắn từ bề mặt vào không khí, tại đây hệ thống hút khói sẽ bắt giữ chúng. “Trong những ứng dụng này, hệ thống hút khói cũng quan trọng như chính tia laser.”

Laser cung cấp độ chính xác không thể so sánh được với các công cụ khác. Công suất laser, thời lượng xung và cấu hình chùm tia có thể được điều chỉnh, cho phép quá trình chỉ loại bỏ các khu vực được chỉ định mà không ảnh hưởng đến các khu vực xung quanh. Giống như làm sạch bằng laser-trong đó kim loại cơ bản không bị ảnh hưởng trong quá trình loại bỏ chất gây ô nhiễm-việc tạo kết cấu bằng laser cũng có thể được thực hiện dưới sự kiểm soát chính xác.

Trong các quá trình này, chùm tia laser thường là chùm tia Gaussian, với năng lượng cao tập trung ở trung tâm của nó. Tia laser làm bào mòn lớp kim loại, khiến kim loại bên dưới trải qua những thay đổi pha tức thời-từ rắn sang lỏng và trở lại rắn. Quá trình này thường sử dụng tia laser-chế độ đơn, có thể tạo ra các tiêu điểm cực nhỏ, từ đó tạo ra kết cấu bề mặt có độ chính xác cao.

Quá trình này có thể tương tự như hoạt động phun cát, trong đó kích thước của từng hạt mài mòn được kiểm soát chính xác-mặc dù quá trình tạo họa tiết bằng laser hoạt động theo cách hoàn toàn khác: nó xử lý bề mặt bằng cách sử dụng nhiệt laser thay vì tác động vật lý từ các hạt mài mòn.

Trong một số ứng dụng sản xuất kim loại, việc tạo họa tiết bằng laser có thể tạo mẫu chính xác cho các bề mặt để thay đổi đặc tính của chúng-ví dụ: làm cho bề mặt kỵ nước. Các ứng dụng tạo họa tiết chính xác này thường sử dụng tia laser có thời lượng xung cực ngắn, thường được đo bằng pico giây hoặc femto giây. Nhiều ứng dụng tạo kết cấu khác được sử dụng để chuẩn bị bề mặt kim loại cho lớp phủ mà không yêu cầu các hạt mài mòn hoặc chất tẩy rửa hóa học.

Tính năng làm sạch bằng laser tự động ngày càng trở nên phổ biến trong môi trường-hỗn hợp thấp,{1}}âm lượng cao. Ví dụ, làm sạch để hàn pin là một ứng dụng điển hình. “Các hệ thống này xử lý hàng triệu bộ phận, hàn nhiều bộ phận mỗi giây trong khi làm sạch bề mặt của chúng.”

Việc loại bỏ chất bôi trơn sau khi dập là một ứng dụng đang phát triển nhanh chóng khác. Trước đây, các hoạt động này dựa vào-các dây chuyền làm sạch quy mô lớn để chuẩn bị các bộ phận được dán tem để phủ, sử dụng lượng lớn nước-dễ bị ô nhiễm bởi kim loại và các mảnh vụn khác, khiến việc xử lý trở nên khó khăn và tốn kém.

Chuẩn bị chất kết dính là một lĩnh vực ứng dụng quan trọng khác, đặc biệt là tạo kết cấu bằng laser. Trong một số trường hợp, vỏ có thể cần phải được lắp ráp bằng chất kết dính cụ thể phù hợp với các bề mặt có họa tiết hoặc hoa văn cụ thể. Việc sản xuất má phanh sử dụng công nghệ tương tự: trước khi đặt má phanh, tia laser sẽ tạo nên bề mặt kim loại.

Ưu điểm về tốc độ và chất lượng của hàn laser đã được nhiều người biết đến, đó là lý do tại sao nó ngày càng xuất hiện nhiều trong các xưởng. Vì vậy, liệu việc tạo họa tiết bằng laser có thể thay thế phun cát được không?

Thiết bị tự động hoạt động tốt trong các tình huống-khối lượng cao,-kết hợp thấp-đặc biệt đối với các bộ phận có hình dạng hình học đơn giản. Tuy nhiên, khi các bộ phận ngày càng trở nên phức tạp và các bộ phận lắp ráp ngày càng lớn, độ khó của việc tự động hóa cũng tăng lên. Điều này liên quan đến bản chất của việc tạo họa tiết bằng laze: lý tưởng nhất là chùm tia laze phải vuông góc với bề mặt kim loại-hoặc càng gần vuông góc càng tốt.

Làm sạch và tạo họa tiết bằng laser không phù hợp với mọi tình huống; khả năng ứng dụng của chúng phụ thuộc vào loại chất gây ô nhiễm cần loại bỏ và yêu cầu xử lý bề mặt. Ví dụ: tia laser không đặc biệt hiệu quả trong việc loại bỏ các lớp oxit dày khỏi-tấm thép cán nóng-đặc biệt là trong môi trường tự động đòi hỏi công suất cao.

Tuy nhiên, làm sạch và tạo bề mặt bằng laser vẫn chứng tỏ tiềm năng to lớn, đặc biệt là trong các ngành đang gặp khó khăn trong việc tìm kiếm công nhân lành nghề. Việc phun cát và làm sạch bằng hóa chất thường khiến môi trường làm việc kém lý tưởng.

Việc thay thế tất cả các phương tiện mài mòn và hóa chất bằng tia laser-thông qua các giao thức an toàn thích hợp (bao gồm thiết bị bảo hộ cá nhân, các biện pháp an toàn về tia laser và các vỏ bọc liên động bằng-kính an toàn tia laser thích hợp)-có thể biến xưởng sản xuất thành nơi làm việc sạch sẽ hơn, hấp dẫn hơn. Đối với một ngành không ngừng tìm kiếm những cách thức mới để thu hút người lao động, việc tạo ra một môi trường làm việc tốt hơn chắc chắn là một ý tưởng hay.