Một thế kỷ sau khi Giáo sư Theodore Harold Maiman phát minh ra tia laser hồng ngọc đầu tiên trên thế giới, các tia laser có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau lần lượt xuất hiện. Việc ứng dụng công nghệ laser đã dẫn đến sự phát triển nhanh chóng của khoa học và công nghệ trong các lĩnh vực y tế, sản xuất thiết bị, đo lường chính xác và kỹ thuật tái sản xuất, đồng thời đẩy nhanh tốc độ tiến bộ xã hội.
Vào những năm 1980, chùm tia laser được chiếu lên các bộ phận bị ô nhiễm của một số vật dụng và các chất được chiếu xạ trải qua một loạt các quá trình vật lý và hóa học như rung động, nóng chảy, bay hơi và đốt cháy. Các chất ô nhiễm trên bề mặt cuối cùng tách ra khỏi bề mặt của vật phẩm, loại bỏ các chất ô nhiễm. Kể từ đó, người ta bắt đầu nghiên cứu làm sạch bằng laser. Sau nhiều thập kỷ phát triển, công nghệ làm sạch bằng laser đã chuyển từ nghiên cứu trong phòng thí nghiệm sang ứng dụng sản xuất, và các loại máy làm sạch bằng laser khác nhau đã dần bước vào hàng ngũ thiết bị sản xuất thông minh hiện đại.
1. So sánh phương pháp làm sạch bằng laser và phương pháp làm sạch truyền thống
Công nghệ làm sạch bằng laser đề cập đến việc sử dụng các xung laser tần số cao và năng lượng cao để chiếu xạ bề mặt phôi. Lớp phủ và lớp nhiễm bẩn có thể hấp thụ ngay lập tức năng lượng laser tập trung, làm cho dầu, rỉ sét hoặc lớp phủ trên bề mặt bay hơi hoặc bong ra ngay lập tức, đồng thời loại bỏ các chất bám trên bề mặt hoặc lớp phủ bề mặt một cách nhanh chóng và hiệu quả. Các xung laser có thời gian tác dụng rất ngắn sẽ không làm hỏng bề mặt kim loại ở các thông số thích hợp. Hình 1 cho thấy hiện tượng làm sạch vi mô bằng laser theo các cơ chế xử lý khí hóa và phân mảnh do va chạm vi mô khác nhau.
So với các phương pháp làm sạch truyền thống, làm sạch bằng laser có một số ưu điểm mà các phương pháp làm sạch truyền thống không thể đạt được. Làm sạch bằng laser là phương pháp làm sạch không tiếp xúc, ít gây hư hại cho bề mặt. Nó có đặc tính linh hoạt, ổn định và tự động hóa cao, chất lượng làm sạch tốt, độ chính xác cao và bảo vệ môi trường. Đó là một thiết bị làm sạch tự động "xanh". Bảng 1 so sánh các phương pháp làm sạch khác nhau.
2. Cấu tạo của hệ thống làm sạch bằng laser
Mặc dù các thiết bị làm sạch khác nhau nhưng các thành phần chính về cơ bản giống nhau, bao gồm hệ thống điều khiển máy tính, hệ thống laser, hệ thống điều chỉnh chùm tia, v.v., xem Hình 2. Ngoài ra, còn có một số thiết bị hỗ trợ: như hệ thống loại bỏ và lọc bụi , bộ điều khiển, máy quang phổ đánh thủng cảm ứng bằng laser (LIBS), hệ thống định vị trực quan và hệ thống chụp ảnh nhiệt.
Trong quá trình vệ sinh, hệ thống máy tính đóng vai trò truyền thông cốt lõi, điều khiển tia laser và hệ thống điều chỉnh đường quang cùng một lúc. Chùm tia laser được truyền qua sợi quang và đi vào hệ thống điều chỉnh chùm tia. Sau khi chùm tia được hội tụ, đường kính điểm đạt kích thước rất nhỏ và tác động đều lên bề mặt phôi làm sạch kim loại.
3. Ứng dụng rộng rãi công nghệ làm sạch bằng laser
Làm sạch bằng laser được sử dụng như một quy trình làm sạch trong sản xuất công nghiệp, có thể loại bỏ hiệu quả rỉ sét, bụi bẩn, sơn, cặn carbon và các lớp phủ khác nhau. Nó đã được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau như hàng không vũ trụ, phương tiện đường sắt, vi điện tử, bảo vệ di tích văn hóa và điều trị y tế, như trong Hình
4. Làm sạch trước và sau hàn
Công nghệ làm sạch bằng laser có thể được sử dụng rộng rãi trong việc làm sạch trước và sau hàn các vật liệu kim loại như hợp kim nhôm, hợp kim titan, thép không gỉ và hợp kim nhiệt độ cao, có thể ngăn chặn hiệu quả việc tạo ra các khuyết tật như tạp chất và lỗ chân lông. Sau khi hàn, nó cũng có thể được sử dụng để làm sạch quá trình oxy hóa sau hàn, để lớp oxit tạo ra trong quá trình hàn có thể được loại bỏ một lần nữa để khôi phục lại độ bóng kim loại.
Công nghệ làm sạch bằng laser được sử dụng để làm sạch cục bộ màng oxit anốt của hợp kim nhôm và tấm thử hàn đã được làm sạch được hàn đối đầu. Chất lượng mối hàn được đánh giá bằng phương pháp phát hiện tia X và cấu trúc kim loại được quan sát và phân tích. Hiệu quả của việc loại bỏ màng oxit đến hiệu suất mối hàn được kiểm tra bằng thử nghiệm độ bền kéo ở nhiệt độ phòng. Như được hiển thị trong Hình 4, kết quả cho thấy màng oxit anốt đã được làm sạch hoàn toàn, độ bền kéo của mối nối hợp kim nhôm được làm sạch bằng laser là 298 ~ 303 MPa và độ giãn dài khi đứt là 6,2% ~ 6,5%. Phạm vi hiệu suất của mối hàn được làm sạch bằng laser phù hợp với mối hàn được cạo bằng máy. Th
