Prinsip, jinis, lan aplikasireresik laserteknologi
Teknologi pembersihan laser minangka aplikasi teknologi laser sing sukses ing bidang teknik. Prinsip dhasare yaiku nggunakake kapadhetan energi laser sing dhuwur kanggo sesambungan karo kontaminan sing nempel ing substrat benda kerja, sing nyebabake kontaminan kasebut misah saka substrat kanthi cepet ing wangun ekspansi termal, peleburan, lan penguapan gas. Teknologi pembersihan laser ditondoi kanthi efisiensi sing dhuwur, ramah lingkungan, lan konservasi energi. Teknologi iki wis sukses diterapake ing bidang-bidang kayata pembersihan jamur ban, mbusak cat bodi pesawat, lan restorasi peninggalan budaya.
Teknologi pembersihan tradisional kalebupembersihan gesekan mekanik(pembersihan sandblasting, pembersihan jet banyu tekanan tinggi, lan liya-liyane), pembersihan korosi kimia, pembersihan ultrasonik, pembersihan es garing, lan liya-liyane. Teknologi pembersihan iki wis digunakake sacara wiyar ing macem-macem industri. Contone, pembersihan sandblasting bisa mbusak bintik-bintik karat logam, gerinda permukaan logam, lan pernis telung tahan ing papan sirkuit kanthi milih abrasif kanthi kekerasan sing beda-beda. Teknologi pembersihan korosi kimia digunakake sacara wiyar kanggo ngresiki noda lenga ing permukaan peralatan, kerak ing boiler, lan pipa lenga. Sanajan teknologi pembersihan iki wis dikembangake kanthi apik, isih ana sawetara masalah. Contone, pembersihan sandblasting bisa kanthi gampang nyebabake kerusakan ing permukaan sing diobati, lan pembersihan korosi kimia bisa nyebabake polusi lingkungan lan korosi permukaan sing diresiki yen ora ditangani kanthi bener. Muncule teknologi pembersihan laser minangka revolusi ing teknologi pembersihan. Teknologi iki njupuk kauntungan saka kapadhetan energi sing dhuwur, presisi sing dhuwur, lan transmisi energi laser sing efisien, lan nduweni kaluwihan sing jelas tinimbang teknologi pembersihan tradisional babagan efisiensi pembersihan, presisi pembersihan, lan lokasi pembersihan. Teknologi iki bisa kanthi efektif nyegah polusi lingkungan sing disebabake dening pembersihan korosi kimia lan teknologi pembersihan liyane, lan ora bakal nyebabake kerusakan ing substrat.
Dadi apa kuwi pembersihan laser? Pembersihan laser kuwi proses sing nggunakake sinar laser kanggo mbusak materi saka permukaan padatan (utawa kadhangkala cairan). Ing fluks laser sing endhek, materi kasebut dipanasake dening energi laser sing diserep lan nguap utawa nyublim. Ing fluks laser sing dhuwur, materi kasebut biasane malih dadi plasma. Biasane, pembersihan laser nuduhake mbusak materi nggunakake laser pulsa, nanging yen intensitas laser cukup dhuwur, sinar laser gelombang terus-terusan bisa digunakake kanggo ngikis materi kasebut. Laser excimer saka cahya ultraviolet jero utamane digunakake kanggo ablasi optik. Panjang gelombang laser sing digunakake kanggo ablasi optik kira-kira 200 nm. Jero penyerapan energi laser lan jumlah materi sing disingkirake dening siji pulsa laser gumantung saka sifat optik materi kasebut, uga panjang gelombang laser lan dawa pulsa. Massa total sing diikis saka target dening saben pulsa laser biasane diarani tingkat ablasi. Kacepetan pemindaian sinar laser lan jangkoan garis pemindaian, lan liya-liyane, bakal mengaruhi proses ablasi kanthi signifikan.
Jinis-jinis Teknologi Pembersihan Laser
1) Laser dry cleaning: Dry laser cleaning nuduhake iradiasi langsung benda kerja pembersih dening laser pulsa, nyebabake kontaminan dasar utawa permukaan nyerep energi lan nambah suhu, sing nyebabake ekspansi termal utawa getaran termal dasar, saengga misahake loro kasebut. Cara iki bisa dipérang dadi rong kahanan: siji yaiku kontaminan permukaan nyerep energi laser lan ngembang; liyane yaiku dasar nyerep energi laser lan ngasilake getaran termal. Ing taun 1969, SM Bedair et al. nemokake manawa macem-macem metode perawatan permukaan kayata perawatan panas, korosi kimia, lan pembersihan sandblasting kabeh duwe kekurangan sing beda. Ing wektu sing padha, kapadhetan energi sing dhuwur sawise fokus laser bisa nggawe fenomena penguapan permukaan materi bisa ditindakake, sing ngidini kemungkinan pembersihan non-destruktif permukaan materi. Liwat eksperimen, ditemokake manawa nggunakake laser ruby Q-switched kanthi kapadhetan daya 30 MW/cm2 bisa entuk pembersihan kontaminan permukaan materi silikon tanpa ngrusak dasar, lan kanggo pisanan, laser dry cleaning kontaminan permukaan materi diwujudake. Tingkat sakabèhé bisa diungkapaké nganggo tingkat pelepasan fragmen lapisan film, kaya ing ngisor iki:
Ing rumus kasebut, ε makili indeks energi pulsa laser, h makili indeks kekandelan lapisan film polutan, lan E makili indeks modulus elastis lapisan film.
2) Pembersihan Basah Laser: Sadurunge benda kerja sing arep diresiki kena laser pulsa, film cair pra-lapisan permukaan ditrapake. Ing sangisore aksi laser, suhu film cair mundhak kanthi cepet lan nguap. Ing wayahe penguapan, gelombang dampak diasilake, sing tumindak marang partikel polutan lan nyebabake dheweke ucul saka substrat. Cara iki mbutuhake substrat lan film cair ora reaksi karo siji liyane, saengga mbatesi jangkauan bahan sing bisa ditrapake. Ing taun 1991, K. Imen et al. ngatasi masalah polutan partikel sub-mikron residual ing permukaan wafer semikonduktor lan bahan logam sawise metode pembersihan tradisional digunakake, lan nyinaoni aplikasi lapisan film ing permukaan substrat bahan sing bisa nyerep energi laser kanthi efisien. Sabanjure, nggunakake laser CO2, film kasebut nyerep energi laser lan kanthi cepet mundhak suhu lan nggodhog, ngasilake penguapan eksplosif, sing mbusak polutan saka permukaan substrat. Cara pembersihan iki diarani pembersihan basah laser.
3) Pembersihan Gelombang Kejut Plasma Laser: Gelombang kejut plasma laser diasilake nalika laser nyinari medium udara lan nyebabake gelombang kejut plasma bunder dibentuk. Gelombang kejut tumindak ing permukaan benda kerja sing bakal diresiki lan ngeculake energi kanggo mbusak polutan. Laser ora tumindak ing substrat, saengga ora nyebabake kerusakan ing substrat. Teknologi pembersihan gelombang kejut plasma laser saiki bisa ngresiki partikel kanthi diameter pirang-pirang puluh nanometer, lan ora ana watesan babagan dawa gelombang laser. Prinsip fisik pembersihan plasma bisa diringkes kaya ing ngisor iki: a) Sinar laser sing dipancarake dening laser diserep dening lapisan kontaminasi ing permukaan sing diolah. b) Jumlah penyerapan sing akeh mbentuk plasma sing cepet ngembang (gas sing ora stabil sing terionisasi banget) lan ngasilake gelombang dampak. c) Gelombang dampak nyebabake polutan pecah lan diilangi. d) Jembar pulsa pulsa cahya kudu cukup cendhak kanggo nyegah akumulasi termal sing bisa ngrusak permukaan sing diolah. e) Eksperimen nuduhake yen nalika ana oksida ing permukaan logam, plasma diasilake ing permukaan logam. Plasma mung diasilake nalika kapadhetan energi ngluwihi ambang batas, sing gumantung saka lapisan kontaminasi utawa lapisan oksida sing dicopot. Efek ambang batas iki penting banget kanggo pembersihan sing efektif nalika njamin keamanan bahan substrat. Penampilan plasma uga duwe ambang batas kapindho. Yen kapadhetan energi ngluwihi ambang batas iki, bahan substrat bakal rusak. Kanggo nindakake pembersihan sing efektif nalika njamin keamanan bahan substrat, parameter laser kudu diatur miturut kahanan kanggo mesthekake yen kapadhetan energi pulsa cahya ana ing antarane rong ambang batas kasebut. Ing taun 2001, JM Lee et al. nggunakake karakteristik yen laser daya dhuwur ngasilake gelombang kejut plasma nalika fokus, lan nggunakake laser pulsa kanthi kapadhetan energi 2,0 J/cm2 (luwih dhuwur tinimbang ambang batas kerusakan wafer silikon) kanggo nyinari sejajar karo wafer silikon, kanthi sukses ngresiki partikel tungsten 1 μm sing diserap ing permukaan wafer silikon. Cara pembersihan iki diarani pembersihan gelombang kejut plasma laser, lan kanthi tegas, pembersihan gelombang kejut plasma laser minangka jinis pembersihan laser garing. Tujuan asli saka telung teknologi pembersih laser iki yaiku kanggo ngresiki partikel cilik ing permukaan wafer semikonduktor. Bisa diarani yen teknologi pembersih laser muncul bebarengan karo perkembangan teknologi semikonduktor. Nanging, teknologi pembersih laser wis terus diterapake ing bidang liyane, kayata pembersihan jamur ban, penghapusan cat kulit pesawat, lan restorasi permukaan artefak. Nalika ana ing radiasi laser, gas inert bisa diunekake menyang permukaan substrat. Nalika kontaminan dikupas saka permukaan, kontaminan kasebut bakal langsung diunekake saka permukaan dening gas kasebut kanggo nyegah polusi maneh lan oksidasi permukaan.
Ingaplikasi teknologi pembersihan laser
1) Ing bidang semikonduktor, pembersihan wafer semikonduktor lan substrat optik nglibatake proses sing padha, yaiku ngolah bahan mentah dadi bentuk sing dibutuhake liwat pemotongan, penggilingan, lan liya-liyane. Sajrone proses iki, kontaminan partikulat dilebokake, sing angel diilangi lan nyebabake masalah kontaminasi sing bola-bali. Kontaminan ing permukaan wafer semikonduktor bisa mengaruhi kualitas pencetakan papan sirkuit, saengga nyuda umur chip semikonduktor. Kontaminan ing permukaan substrat optik bisa mengaruhi kualitas piranti lan lapisan optik, lan bisa nyebabake distribusi energi sing ora rata, saengga nyuda umur. Amarga pembersihan garing laser rentan nyebabake kerusakan ing permukaan substrat, metode pembersihan iki kurang digunakake ing pembersihan wafer semikonduktor lan substrat optik. Pembersihan basah laser lan pembersihan gelombang kejut plasma laser duwe aplikasi sing luwih sukses ing bidang iki. Xu Chuanyi et al. nyinaoni pengendapan cat magnetik khusus skala mikro ing permukaan substrat optik ultra-halus minangka film dielektrik, banjur nggunakake laser pulsa kanggo pembersihan. Efek pembersihane apik, sanajan jumlah partikel pengotor saben unit area mundhak, ukuran lan area jangkoan partikel pengotor suda sacara signifikan. Cara iki bisa ngresiki partikel pengotor skala mikro kanthi efektif ing permukaan substrat optik sing ultra-halus. Zhang Ping nyinaoni pengaruh jarak kerja lan energi laser marang efek pembersihan kontaminan ukuran partikel sing beda-beda ing teknologi pembersihan plasma laser. Asil eksperimen nuduhake yen kanggo partikel polistirena ing substrat kaca konduktif, jarak kerja optimal kanggo energi 240 mJ yaiku 1,90 mm. Nalika energi laser mundhak, efek pembersihan saya apik, lan kontaminan partikel gedhe luwih gampang diresiki.
2) Ing babagan bahan logam, reresik permukaan bahan logam beda karo reresik wafer semikonduktor lan substrat optik. Kontaminan sing kudu diresiki kalebu kategori makroskopik. Kontaminan ing permukaan bahan logam utamane kalebu lapisan oksida (lapisan karat), lapisan cat, lapisan, lan lampiran liyane, lan bisa diklasifikasikake dadi kontaminan organik (kayata lapisan cat, lapisan) lan kontaminan anorganik (kayata lapisan karat). Reresik kontaminan permukaan bahan logam utamane kanggo nyukupi syarat pangolahan utawa panggunaan sabanjure, kayata mbusak udakara 10 μm lapisan oksida saka permukaan bagean paduan titanium sadurunge ngelas, mbusak lapisan cat asli ing permukaan kulit sajrone perbaikan utama pesawat kanggo nggampangake nyemprot maneh, lan rutin ngresiki partikel karet sing dipasang ing cetakan ban karet kanggo njamin kebersihan permukaan lan kualitas lan umur cetakan. Ambang kerusakan bahan logam luwih dhuwur tinimbang ambang pembersihan laser kontaminan permukaan. Kanthi milih laser daya sing cocog, efek reresik sing luwih apik bisa digayuh. Teknologi iki wis diterapake kanthi mateng ing sawetara bidang. Wang Lihua et al. nyinaoni aplikasi teknologi pembersih laser ing perawatan kulit oksida ing permukaan paduan aluminium lan paduan titanium. Asil riset nuduhake yen nggunakake laser kanthi kapadhetan energi 5,1 J/cm2 bisa ngresiki lapisan oksida ing permukaan paduan aluminium A5083-111H nalika njaga kualitas substrat sing apik, lan nggunakake laser pulsa kanthi daya rata-rata 100 W kanthi cara pemindaian bisa ngresiki lapisan oksida ing permukaan paduan titanium kanthi efektif lan ningkatake kekerasan permukaan material. Perusahaan domestik kayata Ruike Laser, Daqu Laser, lan Shenzhen Chuangxin wis ngembangake peralatan pembersih laser sing wis digunakake sacara wiyar kanggo ngresiki cetakan karet kayata ban, lapisan karat logam, lan noda minyak ing permukaan komponen.
3) Ing babagan peninggalan budaya, reresik peninggalan logam lan watu sarta permukaan kertas perlu kanggo mbusak kontaminan kayata rereget lan noda tinta sing katon ing permukaane amarga sejarahe sing dawa. Kontaminan kasebut kudu diilangi kanggo mulihake peninggalan kasebut. Kanggo karya kertas kayata kaligrafi lan lukisan, yen disimpen kanthi ora bener, jamur tuwuh ing permukaane lan mbentuk bintik-bintik. Bintik-bintik kasebut mengaruhi banget tampilan asli kertas, utamane kanggo kertas kanthi nilai budaya utawa sejarah sing dhuwur, sing bakal mengaruhi apresiasi lan perlindungane. Zhao Ying et al. nyinaoni kemungkinan nggunakake laser ultraviolet kanggo ngresiki bintik-bintik jamur ing gulungan kertas. Asil eksperimen nuduhake yen nggunakake laser kanthi kapadhetan energi 3,2 J/mm2 kanggo mindhai sapisan bisa mbusak bintik-bintik tipis, lan mindhai kaping pindho bisa mbusak bintik-bintik kasebut kanthi lengkap. Nanging, yen energi laser sing digunakake kakehan, bakal ngrusak gulungan kertas nalika mbusak bintik-bintik kasebut. Zhang Xiaotong et al. kasil mulihake peninggalan perunggu sing disepuh emas nggunakake metode film cair iradiasi vertikal laser. Zhang Licheng et al. nggunakake teknologi reresik laser kanggo restorasi patung gerabah wanita sing dilukis Dinasti Han. Yuan Xiaodong et al. nyinaoni efek teknologi reresik laser kanggo reresik peninggalan watu lan mbandhingake kerusakan ing awak watu pasir sadurunge lan sawise reresik, uga efek reresik saka noda tinta, polusi asap, lan polusi cat.
Dudutan: Teknologi pembersihan laser minangka teknik sing relatif maju, kanthi riset lan prospek aplikasi sing jembar ing bidang presisi tinggi kayata aerospace, peralatan militer, lan teknik elektronik lan listrik. Saiki, teknologi pembersihan laser wis kasil diterapake ing sawetara wilayah, amarga kinerja pembersihan sing efisien, ramah lingkungan, lan apik banget. Wilayah aplikasi kasebut saya tambah akeh. Perkembangan teknologi pembersihan laser ora mung wis diterapake kanthi mateng ing wilayah kayata mbusak cat lan mbusak karat, nanging uga ana laporan babagan panggunaan laser kanggo ngresiki lapisan oksida ing kabel logam ing taun-taun pungkasan. Ekspansi bidang aplikasi sing ana lan pangembangan bidang anyar minangka pondasi pangembangan teknologi pembersihan laser. Riset lan pangembangan peralatan pembersihan laser anyar lan pangembangan peralatan pembersihan laser anyar bakal nuduhake diferensiasi, sing ngasilake macem-macem fungsi. Ing mangsa ngarep, entuk pembersihan laser otomatis kanthi lengkap liwat kerjasama karo robot industri uga bisa ditindakake. Tren pangembangan teknologi pembersihan laser kaya ing ngisor iki:
(1) Nguatake riset babagan teori pembersihan laser kanggo nuntun aplikasi teknologi pembersihan laser. Sawise nliti akeh dokumen, ditemokake manawa ora ana sistem teoretis sing wis diwasa sing ndhukung teknologi pembersihan laser, lan umume panliten adhedhasar eksperimen. Nggawe sistem teoretis pembersihan laser minangka pondasi kanggo pangembangan lan kedewasaan teknologi pembersihan laser luwih lanjut.
(2) Ekspansi lapangan aplikasi sing wis ana lan lapangan aplikasi anyar. Teknologi pembersihan laser wis kasil diterapake ing babagan kayata mbusak cat lan mbusak karat, lan ana laporan babagan panggunaan laser kanggo ngresiki lapisan oksida ing kabel logam ing taun-taun pungkasan. Ekspansi lapangan aplikasi sing wis ana lan pangembangan lapangan anyar minangka lemah subur kanggo pangembangan teknologi pembersihan laser.
(3) Riset lan pangembangan peralatan pembersih laser anyar. Pangembangan peralatan pembersih laser anyar bakal nuduhake diferensiasi. Salah sawijining jinis yaiku peralatan kanthi universalitas tartamtu sing nutupi pirang-pirang bidang aplikasi, kayata siji piranti bisa bebarengan entuk fungsi mbusak cat lan mbusak karat. Jinis liyane yaiku peralatan khusus kanggo kabutuhan tartamtu, kayata ngrancang perlengkapan tartamtu utawa serat optik kanggo entuk fungsi kanggo ngresiki polutan ing papan cilik. Liwat kerjasama karo robot industri, pembersihan laser otomatis lengkap uga minangka arah aplikasi sing populer.
Wektu kiriman: 17 Juli 2025
