Dalam beberapa tahun terakhir, pembersihan laser telah menjadi salah satu pusat penelitian di bidang manufaktur industri, penelitian mencakup proses, teori, peralatan, dan aplikasinya. Dalam aplikasi industri, teknologi pembersihan laser telah mampu membersihkan sejumlah besar permukaan substrat yang berbeda secara andal, membersihkan objek termasuk baja, aluminium, titanium, kaca, dan material komposit, dll., industri aplikasi meliputi kedirgantaraan, penerbangan, perkapalan, kereta api kecepatan tinggi, otomotif, cetakan, tenaga nuklir, dan kelautan, serta bidang lainnya.
Teknologi pembersihan laser, yang bermula sejak tahun 1960-an, memiliki keunggulan berupa efek pembersihan yang baik, berbagai macam aplikasi, presisi tinggi, tanpa kontak, dan mudah diakses. Di bidang manufaktur industri, produksi, pemeliharaan, dan bidang lainnya, teknologi ini memiliki prospek aplikasi yang luas, diharapkan dapat menggantikan sebagian atau seluruh metode pembersihan tradisional, dan menjadi teknologi pembersihan ramah lingkungan yang paling menjanjikan di abad ke-21.
Metode pembersihan laser
Proses pembersihan laser sangat kompleks, melibatkan berbagai mekanisme penghilangan material. Untuk metode pembersihan laser, proses pembersihan dapat melibatkan berbagai mekanisme secara bersamaan, yang terutama disebabkan oleh interaksi antara laser dan material, termasuk ablasi permukaan material, dekomposisi, ionisasi, degradasi, peleburan, pembakaran, penguapan, getaran, sputtering, ekspansi, penyusutan, ledakan, pengelupasan, pelepasan, dan perubahan fisik dan kimia lainnya.
Saat ini, metode pembersihan laser yang umum digunakan terutama ada tiga: pembersihan ablasi laser, pembersihan laser dengan bantuan lapisan cairan, dan metode pembersihan gelombang kejut laser.
Metode pembersihan ablasi laser
Mekanisme metodologis utamanya adalah ekspansi termal, penguapan, ablasi, dan ledakan fasa. Laser bekerja langsung pada material yang akan dihilangkan dari permukaan substrat dan kondisi lingkungan dapat berupa udara, gas yang diencerkan, atau vakum. Kondisi operasinya sederhana dan paling banyak digunakan untuk menghilangkan berbagai lapisan, cat, partikel, atau kotoran. Diagram di bawah ini menunjukkan diagram proses untuk metode pembersihan ablasi laser.
Ketika laser menyinari permukaan material, substrat dan bahan pembersih akan mengalami pemuaian termal terlebih dahulu. Dengan meningkatnya waktu interaksi laser dengan bahan pembersih, jika suhu lebih rendah dari ambang kavitasi bahan pembersih, bahan pembersih hanya mengalami proses perubahan fisik. Perbedaan antara koefisien pemuaian termal bahan pembersih dan substrat menyebabkan tekanan pada antarmuka, bahan pembersih melengkung, terlepas dari permukaan substrat, retak, patah secara mekanis, hancur karena getaran, dan lain-lain. Bahan pembersih kemudian terbuang oleh semburan atau terkelupas dari permukaan substrat.
Jika suhu lebih tinggi dari suhu ambang penguapan bahan pembersih, akan ada dua situasi: 1) ambang ablasi bahan pembersih lebih rendah dari substrat; 2) ambang ablasi bahan pembersih lebih tinggi dari substrat.
Dua kasus pembersihan material ini melibatkan peleburan, kavitasi, dan ablasi serta perubahan fisikokimia lainnya. Mekanisme pembersihannya lebih kompleks, selain efek termal, juga dapat mencakup pemutusan ikatan molekuler antara material pembersih dan substrat, dekomposisi atau degradasi material pembersih, ledakan fasa, penguapan material pembersih, ionisasi seketika, dan pembentukan plasma.
(1)Pembersihan laser dengan bantuan lapisan cairan
Mekanisme metode ini terutama melibatkan penguapan dan getaran pada lapisan cairan, dll. Penggunaannya membutuhkan pemilihan panjang gelombang laser yang tepat, untuk mengimbangi kekurangan tekanan tumbukan dalam proses pembersihan ablasi laser, sehingga dapat digunakan untuk menghilangkan beberapa objek pembersihan yang lebih sulit dihilangkan.
Seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah, lapisan cairan (air, etanol, atau cairan lainnya) dilapisi terlebih dahulu pada permukaan objek yang akan dibersihkan, kemudian disinari dengan laser. Lapisan cairan menyerap energi laser sehingga menyebabkan ledakan kuat pada media cair, ledakan cairan mendidih dengan kecepatan tinggi, transfer energi ke permukaan material pembersih, dan kekuatan ledakan sesaat yang tinggi cukup untuk menghilangkan kotoran permukaan dan mencapai tujuan pembersihan.
Metode pembersihan laser dengan bantuan lapisan cairan memiliki dua kekurangan.
Prosesnya rumit dan sulit dikendalikan.
Karena penggunaan lapisan cair, komposisi kimia permukaan substrat setelah pembersihan mudah berubah dan menghasilkan zat-zat baru.
(1)Metode pembersihan tipe gelombang kejut laser
Pendekatan dan mekanisme proses ini sangat berbeda dari dua metode pertama. Mekanisme utamanya adalah penghilangan dengan gaya gelombang kejut, objek yang dibersihkan terutama partikel, dan terutama untuk menghilangkan partikel (sub-mikron atau nanoskala). Persyaratan prosesnya sangat ketat, baik untuk memastikan kemampuan mengionisasi udara, maupun untuk menjaga jarak yang sesuai antara laser dan substrat untuk memastikan bahwa gaya tumbukan yang bekerja pada partikel cukup besar.
Diagram skematik proses pembersihan gelombang kejut laser ditunjukkan di bawah ini. Laser ditembakkan sejajar dengan arah permukaan substrat, dan substrat tidak bersentuhan. Gerakkan benda kerja atau kepala laser untuk menyesuaikan fokus laser ke partikel yang dekat dengan keluaran laser. Fenomena ionisasi udara pada titik fokus akan terjadi, menghasilkan gelombang kejut. Gelombang kejut tersebut akan mengalami ekspansi bola yang cepat dan meluas hingga bersentuhan dengan partikel. Ketika momen komponen transversal gelombang kejut pada partikel lebih besar daripada momen komponen longitudinal dan gaya adhesi partikel, partikel akan terlepas karena bergulir.
Teknologi pembersihan laser
Mekanisme pembersihan laser terutama didasarkan pada permukaan objek setelah menyerap energi laser, atau penguapan dan penghilangan uap, atau ekspansi termal sesaat untuk mengatasi penyerapan partikel pada permukaan, sehingga objek terangkat dari permukaan, dan kemudian mencapai tujuan pembersihan.
Secara garis besar dapat diringkas sebagai berikut: 1. dekomposisi uap laser, 2. pengupasan laser, 3. ekspansi termal partikel kotoran, 4. getaran permukaan substrat dan getaran partikel.
Dibandingkan dengan proses pembersihan tradisional, teknologi pembersihan laser memiliki karakteristik sebagai berikut.
1. Ini adalah pencucian "kering", tanpa larutan pembersih atau larutan kimia lainnya, dan tingkat kebersihannya jauh lebih tinggi daripada proses pencucian kimia.
2. Cakupan penghilangan kotoran dan rentang substrat yang dapat diaplikasikan sangat luas, dan
3. Melalui pengaturan parameter proses laser, permukaan substrat tidak akan rusak meskipun dilakukan penghilangan kontaminan secara efektif, sehingga permukaan tetap seperti baru.
4. Pembersihan laser dapat dengan mudah diotomatiskan.
5. Peralatan dekontaminasi laser dapat digunakan dalam jangka waktu lama, biaya operasional rendah.
6. Teknologi pembersihan laser adalah proses pembersihan yang ramah lingkungan, menghilangkan limbah berupa bubuk padat, berukuran kecil, mudah disimpan, dan pada dasarnya tidak akan mencemari lingkungan.
Pada tahun 1980-an, perkembangan pesat industri semikonduktor memunculkan persyaratan yang lebih tinggi terhadap teknologi pembersihan partikel kontaminasi masker pada permukaan wafer silikon. Poin kuncinya adalah mengatasi daya adsorpsi yang besar antara partikel mikro dan substrat. Metode pembersihan kimia, mekanis, dan ultrasonik tradisional tidak mampu memenuhi permintaan tersebut, dan pembersihan laser dapat menyelesaikan masalah polusi tersebut, sehingga penelitian dan aplikasi terkait telah berkembang pesat.
Pada tahun 1987, permohonan paten pertama tentang pembersihan laser muncul. Pada tahun 1990-an, Zapka berhasil menerapkan teknologi pembersihan laser pada proses manufaktur semikonduktor untuk menghilangkan partikel mikro dari permukaan masker, mewujudkan penerapan awal teknologi pembersihan laser di bidang industri. Pada tahun 1995, para peneliti menggunakan laser TEA-CO2 2 kW untuk berhasil membersihkan cat yang menempel pada badan pesawat.
Setelah memasuki abad ke-21, dengan perkembangan pesat laser pulsa ultra-pendek, penelitian dan penerapan teknologi pembersihan laser di dalam dan luar negeri secara bertahap meningkat, dengan fokus pada permukaan material logam. Aplikasi luar negeri yang umum meliputi penghilangan cat badan pesawat, penghilangan lemak permukaan cetakan, penghilangan karbon internal mesin, dan pembersihan permukaan sambungan sebelum pengelasan. Pembersihan laser pesawat tempur FG16 oleh Edison Welding Institute AS, pada daya laser 1 kW, menghasilkan volume pembersihan 2,36 cm³ per menit.
Perlu disebutkan bahwa penelitian dan penerapan penghilangan cat dengan laser pada komponen komposit canggih juga merupakan topik yang sangat menarik. Bilah baling-baling helikopter HG53 dan HG56 Angkatan Laut AS serta ekor datar pesawat tempur F16 dan permukaan komposit lainnya telah menerapkan penghilangan cat dengan laser, sementara material komposit di aplikasi pesawat terbang di Tiongkok masih terlambat, sehingga penelitian semacam itu pada dasarnya masih minim.
Selain itu, penggunaan teknologi pembersihan laser untuk perawatan permukaan komposit CFRP pada sambungan sebelum perekatan guna meningkatkan kekuatan sambungan juga merupakan salah satu fokus penelitian saat ini. Perusahaan Adapt Laser menyediakan peralatan pembersihan laser serat optik untuk membersihkan lapisan oksida pada permukaan rangka pintu paduan aluminium ringan di lini produksi mobil Audi TT. Rolls G Royce UK menggunakan pembersihan laser untuk membersihkan lapisan oksida pada permukaan komponen mesin pesawat terbang berbahan titanium.
Teknologi pembersihan laser telah berkembang pesat dalam dua tahun terakhir, baik itu parameter proses pembersihan laser dan mekanisme pembersihan, penelitian objek pembersihan, maupun aplikasi penelitiannya telah mengalami kemajuan besar. Teknologi pembersihan laser, setelah banyak penelitian teoretis, fokus penelitiannya terus condong ke arah aplikasi, dan dalam penerapannya telah menunjukkan hasil yang menjanjikan. Di masa depan, teknologi pembersihan laser akan lebih banyak digunakan dalam perlindungan peninggalan budaya dan karya seni, dan pasarnya sangat luas. Dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, penerapan teknologi pembersihan laser di industri menjadi kenyataan, dan cakupan aplikasinya semakin luas.
Perusahaan otomatisasi laser Maven berfokus pada industri laser selama 14 tahun, kami mengkhususkan diri dalam penandaan laser, kami memiliki mesin pembersih laser kabinet, mesin pembersih laser troli, mesin pembersih laser ransel, dan mesin pembersih laser tiga dalam satu. Selain itu, kami juga memiliki mesin las laser, mesin potong laser, dan mesin ukir penandaan laser. Jika Anda tertarik dengan mesin kami, Anda dapat mengikuti kami dan jangan ragu untuk menghubungi kami.
Waktu posting: 14 November 2022
