Ces dernières années, le nettoyage au laser est devenu l'un des points chauds de la recherche dans le domaine de la fabrication industrielle, la recherche couvrant le processus, la théorie, l'équipement et les applications. Dans les applications industrielles, la technologie de nettoyage au laser a été capable de nettoyer de manière fiable un grand nombre de surfaces de substrat différentes, de nettoyer des objets tels que l'acier, l'aluminium, le titane, le verre et les matériaux composites, etc., dans des industries d'application couvrant l'aérospatiale, l'aviation, le transport maritime, le transport à grande vitesse. domaines ferroviaire, automobile, moule, énergie nucléaire, marine et autres.
La technologie de nettoyage au laser, datant des années 1960, présente les avantages d'un bon effet de nettoyage, d'une large gamme d'applications, d'une haute précision, sans contact et d'une accessibilité. Dans la fabrication industrielle, la production et la maintenance, ainsi que dans d'autres domaines, ont un large éventail de perspectives d'application, devraient remplacer partiellement ou totalement les méthodes de nettoyage traditionnelles et devenir la technologie de nettoyage écologique la plus prometteuse du 21e siècle.
Méthode de nettoyage au laser
Le processus de nettoyage au laser est très complexe, impliquant une variété de mécanismes d'élimination de matière. Pour une méthode de nettoyage au laser, le processus de nettoyage peut exister en même temps une variété de mécanismes, qui sont principalement attribuables à l'interaction entre le laser et le matériau, notamment l'ablation de la surface du matériau, la décomposition, l'ionisation, la dégradation, la fusion, la combustion, la vaporisation, la vibration, la pulvérisation, l'expansion, le retrait, l'explosion, le pelage, la perte et d'autres changements physiques et chimiques. processus.
À l'heure actuelle, les méthodes typiques de nettoyage au laser sont principalement au nombre de trois : le nettoyage par ablation laser, le nettoyage laser assisté par film liquide et les méthodes de nettoyage par ondes de choc laser.
Méthode de nettoyage par ablation laser
Les principaux mécanismes méthodologiques sont la dilatation thermique, la vaporisation, l'ablation et l'explosion de phase. Le laser agit directement sur le matériau à retirer de la surface du substrat et les conditions ambiantes peuvent être l'air, les gaz raréfiés ou le vide. Les conditions opératoires sont simples et les plus largement utilisées pour éliminer une variété de revêtements, peintures, particules ou saletés. Le diagramme ci-dessous montre le diagramme de processus pour la méthode de nettoyage par ablation laser.
Lors de l'irradiation laser sur la surface du matériau, le substrat et les matériaux de nettoyage subissent la première dilatation thermique. Avec l'augmentation du temps d'interaction du laser avec le matériau de nettoyage, si la température est inférieure au seuil de cavitation du matériau de nettoyage, le matériau de nettoyage ne change que physiquement, la différence entre le matériau de nettoyage et le coefficient de dilatation thermique du substrat entraîne une pression à l'interface. , le matériau de nettoyage se déforme, se déchire de la surface du substrat, se fissure, se fracture mécanique, s'écrase par vibration, etc., le matériau de nettoyage est enlevé par jet ou décapé de la surface du substrat.
Si la température est supérieure à la température seuil de gazéification du matériau de nettoyage, il y aura deux situations : 1) le seuil d'ablation du matériau de nettoyage est inférieur à celui du substrat ; 2) le seuil d'ablation du matériau de nettoyage est supérieur à celui du substrat.
Ces deux cas de matériaux de nettoyage sont la fusion, la cavitation et l'ablation et d'autres changements physico-chimiques, le mécanisme de nettoyage est plus complexe, en plus des effets thermiques, mais peut également inclure des matériaux de nettoyage et des substrats entre la rupture des liaisons moléculaires, la décomposition ou la dégradation des matériaux de nettoyage, la phase explosion, gazéification des matériaux de nettoyage, ionisation instantanée, génération de plasma.
(1)Nettoyage laser assisté par film liquide
Le mécanisme de la méthode comporte principalement une vaporisation et une vibration bouillantes d'un film liquide, etc. L'utilisation de la nécessité de choisir la longueur d'onde laser appropriée, de manière à compenser le manque de pression d'impact dans le processus de nettoyage par ablation laser, peut être utilisée pour éliminer certains des plus difficiles à retirer l'objet de nettoyage.
Comme le montre la figure ci-dessous, le film liquide (eau, éthanol ou autres liquides) est préalablement recouvert de la surface de l'objet à nettoyer, puis utilisez le laser pour l'irradier. Le film liquide absorbe l'énergie laser, ce qui entraîne une forte explosion du milieu liquide, l'explosion du mouvement à grande vitesse du liquide bouillant, le transfert d'énergie vers les matériaux de nettoyage de surface, une force explosive transitoire élevée est suffisante pour éliminer la saleté de surface afin d'atteindre les objectifs de nettoyage.
La méthode de nettoyage laser assistée par film liquide présente deux inconvénients.
Processus lourd et difficile à contrôler.
Grâce à l'utilisation d'un film liquide, la composition chimique de la surface du substrat après le nettoyage est facile à modifier et à générer de nouvelles substances.
(1)Méthode de nettoyage de type onde de choc laser
L'approche et le mécanisme du processus sont très différents des deux premiers, le mécanisme est principalement l'élimination de la force des ondes de choc, les objets de nettoyage sont principalement des particules, principalement pour l'élimination des particules (submicroniques ou nanométriques). Les exigences du processus sont très strictes, à la fois pour garantir la capacité à ioniser l'air, mais également pour maintenir une distance appropriée entre le laser et le substrat afin de garantir que l'action sur les particules de la force d'impact est suffisamment importante.
Le diagramme schématique du processus de nettoyage par ondes de choc laser est présenté ci-dessous, le laser étant parallèle à la direction de la surface du substrat et le substrat n'entre pas en contact. Déplacez la pièce ou la tête laser pour ajuster la focalisation du laser sur la particule proche de la sortie laser, le point focal du phénomène d'ionisation de l'air se produira, entraînant des ondes de choc, des ondes de choc jusqu'à l'expansion rapide de l'expansion sphérique et étendues au contact. avec les particules. Lorsque le moment de la composante transversale de l'onde de choc sur la particule est supérieur au moment de la composante longitudinale et à la force d'adhésion de la particule, la particule sera éliminée par roulement.
Technologie de nettoyage au laser
Le mécanisme de nettoyage au laser est principalement basé sur la surface de l'objet après l'absorption de l'énergie laser, ou la vaporisation et la volatilisation, ou la dilatation thermique instantanée pour surmonter l'adsorption des particules sur la surface, de sorte que l'objet de la surface, puis atteindre le but du nettoyage.
En gros, résumé comme suit : 1. décomposition de la vapeur laser, 2. décapage laser, 3. dilatation thermique des particules de saleté, 4. vibration de la surface du substrat et vibration des particules, quatre aspects
Par rapport au processus de nettoyage traditionnel, la technologie de nettoyage laser présente les caractéristiques suivantes.
1. Il s'agit d'un nettoyage « à sec », sans solution de nettoyage ni autre solution chimique, et la propreté est bien supérieure au processus de nettoyage chimique.
2. La portée de l'élimination de la saleté et la gamme de substrats applicable sont très larges, et
3. Grâce à la régulation des paramètres du processus laser, la surface du substrat ne peut pas être endommagée sur la base d'une élimination efficace des contaminants, la surface est comme neuve.
4. Le nettoyage au laser peut être facilement automatisé.
5. L'équipement de décontamination au laser peut être utilisé pendant une longue période et avec de faibles coûts d'exploitation.
6. La technologie de nettoyage au laser est : verte : processus de nettoyage, éliminer les déchets est une poudre solide, de petite taille, facile à stocker, ne polluera pas l'environnement.
Dans les années 1980, le développement rapide de l'industrie des semi-conducteurs à la surface des particules de contamination du masque de plaquette de silicium de la technologie de nettoyage a mis en avant des exigences plus élevées, le point clé est de surmonter la contamination des microparticules et du substrat entre la grande force d'adsorption , les méthodes traditionnelles de nettoyage chimique, de nettoyage mécanique et de nettoyage par ultrasons ne sont pas en mesure de répondre à la demande, et le nettoyage au laser peut résoudre de tels problèmes de pollution, la recherche et les applications associées ont été rapidement développées.
En 1987, première apparition de la demande de brevet sur le nettoyage laser. Dans les années 1990, Zapka a appliqué avec succès la technologie de nettoyage laser au processus de fabrication des semi-conducteurs pour éliminer les microparticules de la surface du masque, réalisant ainsi l'application précoce de la technologie de nettoyage laser dans le domaine industriel. En 1995, des chercheurs ont utilisé un laser TEA-CO2 de 2 kW pour réaliser avec succès le nettoyage de la peinture du fuselage d'un avion.
Après être entré dans le 21e siècle, avec le développement à grande vitesse des lasers à impulsions ultra-courtes, la recherche et l'application nationales et étrangères de la technologie de nettoyage au laser ont progressivement augmenté, en se concentrant sur la surface des matériaux métalliques, les applications étrangères typiques sont le décapage de la peinture du fuselage d'avion, la moisissure. dégraissage des surfaces, élimination de la calamine interne du moteur et nettoyage des surfaces des joints avant soudage. Nettoyage au laser de l'US Edison Welding Institute de l'avion de combat FG16, lorsque la puissance du laser est de 1 kW, le volume de nettoyage de 2,36 cm3 par minute.
Il convient de mentionner que la recherche et l’application du décapage de peinture au laser sur des pièces composites avancées constituent également un point chaud majeur. Les pales d'hélice des hélicoptères HG53 et HG56 de l'US Navy et la queue plate et d'autres surfaces composites de l'avion de combat F16 ont été réalisées pour des applications de décapage de peinture au laser, tandis que les matériaux composites chinois dans les applications aéronautiques sont tardifs, de sorte que ces recherches sont fondamentalement en blanc.
En outre, l'utilisation de la technologie de nettoyage au laser pour le traitement de surface des composites CFRP avant le collage afin d'améliorer la résistance du joint est également l'un des axes de recherche actuels. adapter l'entreprise laser à la ligne de production de voitures Audi TT pour fournir un équipement de nettoyage laser à fibre pour nettoyer la surface du film d'oxyde de cadre de porte en alliage d'aluminium léger. Rolls G Royce UK a utilisé le nettoyage au laser pour nettoyer le film d'oxyde sur la surface des composants de moteurs d'avion en titane.
La technologie de nettoyage au laser s'est développée rapidement au cours des deux dernières années, qu'il s'agisse des paramètres du processus de nettoyage au laser et du mécanisme de nettoyage, de la recherche sur les objets de nettoyage ou de l'application de la recherche qui a fait de grands progrès. Technologie de nettoyage au laser après de nombreuses recherches théoriques, ses recherches sont constamment orientées vers l'application de la recherche et l'application de résultats prometteurs. À l'avenir, la technologie de nettoyage au laser pour la protection des reliques culturelles et des œuvres d'art sera plus largement utilisée et son marché est très vaste. Avec le développement de la science et de la technologie, l'application de la technologie de nettoyage laser dans l'industrie devient une réalité et le champ d'application devient de plus en plus étendu.
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Heure de publication : 14 novembre 2022
