Goi-mailako fabrikazioak eta energia aurrezteak eta isurien murrizketak gero eta premiazkoagoa dute prozesu aurreratuen beharra. Industria-gainazalen tratamenduari dagokionez, premiazkoa da teknologia eta prozesuak guztiz berritzea. Garbiketa-prozesu industrial tradizionalek, hala nola marruskadura mekanikoaren garbiketa, korrosio kimikoaren garbiketa, inpaktu indartsuen garbiketa eta maiztasun handiko ultrasoinuen garbiketa, ez dituzte garbiketa-ziklo luzeak bakarrik, baizik eta zailak dira automatizatzen, ingurumenean eragin kaltegarriak dituzte eta ez dute nahi den garbiketa-efektua lortzen. Ezin dituzte prozesamendu finen beharrak ondo ase.
Hala ere, ingurumenaren babesaren, eraginkortasun handiaren eta zehaztasun handiaren arteko kontraesan gero eta nabarmenagoak direla eta, industria-garbiketa metodo tradizionalak erronka handian daude. Aldi berean, ingurumenaren babeserako egokiak diren eta ultra-akabera arloko piezetarako egokiak diren hainbat garbiketa-teknologia sortu dira, eta laser bidezko garbiketa-teknologia horietako bat da.
Laser garbiketa kontzeptua
Laser bidezko garbiketa material baten gainazalean jarduteko laser fokatu bat erabiltzen duen teknologia bat da, gainazaleko kutsatzaileak azkar lurrundu edo kentzeko, materialaren gainazala garbitzeko. Hainbat garbiketa-metodo fisiko edo kimiko tradizionalekin alderatuta, laser bidezko garbiketak kontakturik ez, kontsumigarririk ez, kutsadurarik ez, zehaztasun handikoa, kalterik ez edo kalte txikirik ez dituen ezaugarriak ditu, eta aukera aproposa da industria-garbiketa teknologiaren belaunaldi berri baterako.
Laser garbiketa-makinen funtzionamendu-printzipioa
Printzipioa laser garbiketa makina konplexuagoa da, eta prozesu fisikoak eta kimikoak izan ditzake barne. Kasu askotan, prozesu fisikoak dira prozesu nagusiak, erreakzio kimiko batzuekin batera. Prozesu nagusiak 3 kategoriatan sailka daitezke: gasifikazio prozesua, talka prozesua eta oszilazio prozesua.
Gasifikazio Prozesua
Energia handiko laserra materialaren gainazalean irradiatzen denean, gainazalak laser energia xurgatzen du eta barne energia bihurtzen du, gainazaleko tenperatura azkar igo eta materialaren lurruntze tenperaturaren gainetik iristeko, kutsatzaileak materialaren gainazaletik lurrun moduan bereizteko. Lurruntze selektiboa normalean gertatzen da gainazaleko kutsatzaileek laser argiaren xurgapen tasa substratuarena baino nabarmen handiagoa denean. Aplikazio kasu tipiko bat harri gainazaletako zikinkeria garbitzea da. Beheko irudian erakusten den bezala, harriaren gainazaleko kutsatzaileek laserraren xurgapen handia dute eta azkar lurruntzen dira. Kutsatzaileak kentzen direnean eta laserra harriaren gainazalean irradiatzen denean, xurgapena ahula da, laser energia gehiago barreiatzen da harriaren gainazalean, harriaren gainazalaren tenperatura aldaketa txikia da eta harriaren gainazala kalteetatik babesten da.
Prozesu kimiko tipiko bat gertatzen da ultramore bandako laser bat erabiltzen denean kutsatzaile organikoak garbitzeko, eta horri laser ablazioa deritzo. Laser ultramoreek uhin-luzera laburrak eta fotoi-energia handia dute. Adibidez, KrF exzimero laserrek 248 nm-ko uhin-luzera eta 5 eV-ko fotoi-energia dute, hau da, 40 aldiz handiagoa. CO2 laser fotoi energia (0.12 eV). Fotoi energia altu hori nahikoa da materia organikoaren lotura molekularrak suntsitzeko, eta horrela, laserraren fotoi energia xurgatu ondoren kutsatzaile organikoetan dauden CC, CH, CO eta abar hausten dira, eta ondorioz, pirolisi gasifikazioa eta gainazaletik kentzea gertatzen da.
Shock Prozesua
Talka-prozesua laserra eta materialaren arteko elkarrekintzan gertatzen diren erreakzio-segida bat da, eta ondoren talka-uhin bat sortzen da materialaren gainazalean. Talka-uhinaren eraginpean, gainazaleko kutsatzaileak hautsi eta hauts edo gainazaletik zuritutako hondakin bihurtzen dira. Talka-uhinak eragiten dituzten mekanismo asko daude, besteak beste, plasma, lurruna eta hedapen eta uzkurdura termiko azkarra. Plasma-talka-uhinak adibide gisa erabiliz, laburki uler daiteke nola kentzen dituen laser bidezko garbiketan talka-prozesuak gainazaleko kutsatzaileak. Pultsu-zabalera ultra-laburra (ns) eta potentzia-puntu ultra-altuko (107–1010 W/cm2) laserrak aplikatuz, gainazaleko tenperatura nabarmen igoko da gainazalak laserra arinki xurgatu arren, lurruntze-tenperatura berehala iritsiz. Goian, lurruna materialaren gainazalaren gainean sortu zen, hurrengo irudiko (a) puntuan erakusten den bezala. Lurrunaren tenperatura 104 - 105 K-ra irits daiteke, eta horrek lurruna bera edo inguruko airea ionizatu dezake plasma bat osatzeko. Plasmak laserra materialaren gainazalera iristea eragotziko du, eta materialaren gainazalaren lurrunketa gelditu egin daiteke, baina plasmak laser energia xurgatzen jarraituko du, eta tenperatura igotzen jarraituko du, tenperatura ultra-altuko eta presio handiko egoera lokalizatu bat sortuz, eta horrek berehala 1-100 kbar sortzen ditu materialaren gainazalean. Inpaktua pixkanaka transferitzen da materialaren barnealdera, beheko (b) eta (c) irudietan erakusten den bezala. Talka-uhinaren eraginpean, gainazaleko kutsatzaileak hauts, partikula edo zati txikitan apurtzen dira. Laserra irradiazio-posiziotik urruntzen denean, plasma desagertzen da eta presio negatibo bat sortzen da tokian tokian, eta kutsatzaileen partikulak edo hondakinak gainazaletik kentzen dira, beheko (d) irudian erakusten den bezala.
Oszilazio Prozesua
Pultsu laburrek eraginda, materialaren berotze eta hozte prozesuak oso azkarrak dira. Material ezberdinek hedapen termiko koefiziente desberdinak dituztenez, pultsu laburreko laser baten irradiaziopean, gainazaleko kutsatzaileek eta substratuak maiztasun handiko hedapen eta uzkurdura termikoak jasango dituzte, gradu desberdinetan, eta horrek oszilazioa eragingo du, kutsatzaileak materialaren gainazaletik zuritzea eraginez. Esfoliazio prozesu honetan, baliteke materialaren lurruntzea ez gertatzea, eta baliteke plasma ez sortzea. Horren ordez, kutsatzailearen eta substratuaren arteko interfazean oszilazio ekintzaren pean sortzen den zizaila-indarrak kutsatzailearen eta substratuaren arteko lotura suntsitzen du. Ikerketek erakutsi dute laserraren intzidentzia-angelua apur bat handitzen denean, laserraren eta partikulen kutsaduraren eta substratuaren interfazearen arteko kontaktua handitu daitekeela, laser garbiketaren atalasea murriztu daitekeela, oszilazio efektua nabarmenagoa dela eta garbiketa-eraginkortasuna handiagoa dela. Hala ere, intzidentzia-angelua ez luke handiegia izan behar. Intzidentzia-angelu handiegia izateak materialaren gainazalean eragiten duen energia-dentsitatea murriztuko du eta laserraren garbiketa-gaitasuna ahulduko du.
Laser garbitzaileen industria-aplikazioak
Moldeen Industria
Laser garbitzaileak moldearen gainazalerako oso segurua den kontakturik gabeko garbiketa egin dezake, zehaztasuna bermatuz eta ohiko garbiketa-metodoekin kendu ezin diren submikroi-zikinkeria partikulak garbituz, benetako kutsadurarik gabeko, eraginkorra eta kalitate handiko garbiketa lortzeko.
Doitasun Tresnen Industria
Zehaztasun-makineriaren industriak askotan piezetatik lubrifikaziorako eta korrosioarekiko erresistentziarako erabiltzen diren esterrak eta olio mineralak kendu behar izaten ditu, normalean kimikoki, eta garbiketa kimikoak askotan hondakinak uzten ditu. Laser bidezko desesterifikazioak esterrak eta olio mineralak erabat ken ditzake piezen gainazala kaltetu gabe. Laserrak piezaren gainazaleko oxido geruza mehearen gasifikazio lehergarria sustatzen du talka-uhin bat sortzeko, eta horrek kutsatzaileak kentzea dakar, elkarrekintza mekanikoa baino.
Trenbide industria
Gaur egun, errailen soldadura aurreko garbiketa guztiak artezketa-gurpilen eta zinta urratzaileen artezketa motako garbiketa erabiltzen du, eta horrek kalte larriak eragiten dizkio substratuari eta hondar-tentsio larria, eta urtero artezketa-gurpilen kontsumigarri asko kontsumitzen ditu, eta hori garestia da eta hauts-kutsadura larria eragiten dio ingurumenari. Laser bidezko garbiketak kalitate handiko eta eraginkorra den garbiketa-teknologia berdea eman diezaioke nire herrialdeko abiadura handiko trenbideen eraikuntzari, aipatutako arazoak konpondu, soldadura-akatsak ezabatu, hala nola trenbide-zulo josturagabeak eta orban grisak, eta nire herrialdeko abiadura handiko trenbideen funtzionamenduaren egonkortasuna eta segurtasuna hobetu.
Abiazioaren industria
Hegazkinaren gainazala denbora jakin baten ondoren berriro margotu behar da, baina jatorrizko pintura zaharra guztiz kendu behar da margotu aurretik. Abiazio arloan pintura kentzeko metodo nagusia kimikoki bustitzea/garbitzea da. Metodo honek hondakin kimiko laguntzaile kopuru handia sortzen du, eta ezinezkoa da tokiko mantentze-lanak eta pintura kentzea lortzea. Prozesu hau lan-karga handia da eta osasunerako kaltegarria. Laser bidezko garbiketak hegazkinen azaleko gainazaletako pintura kalitate handiko kentzea ahalbidetzen du eta erraz automatiza daiteke ekoizpenerako. Gaur egun, laser bidezko garbiketa teknologia goi-mailako modelo batzuen mantentze-lanetan aplikatu da.
Ontzien Industria
Gaur egun, ontzien aurre-ekoizpen garbiketak batez ere harea-jaurtiketa metodoa erabiltzen du. Harea-jaurtiketa metodoak hauts-kutsadura larria eragin du inguruko ingurumenean eta pixkanaka debekatu egin da, eta ondorioz, ontzi-fabrikatzaileek ekoizpena murriztu edo baita eten ere egin dute. Laser bidezko garbiketa teknologiak garbiketa-irtenbide berde eta kutsadurarik gabekoa eskainiko du ontzien gainazaletan korrosioaren aurkako ihinztadura egiteko.
Arma
Laser bidezko garbiketa teknologia asko erabili izan da armen mantentze-lanetan. Laser bidezko garbiketa sistemak... herdoila kendu eta kutsatzaileak eraginkortasunez eta azkar kentzen ditu, eta garbiketa-zatiak hauta ditzake garbiketaren automatizazioa gauzatzeko. Laser bidezko garbiketa erabiliz, garbitasuna ez da soilik garbiketa kimikoaren prozesua baino handiagoa, baizik eta ia ez du objektuaren gainazalean kalterik eragiten. Parametro desberdinak ezarriz, laser bidezko garbiketa-makinak oxido babes-film trinko bat edo metalezko urtze-geruza bat ere sor dezake metalezko objektuen gainazalean, gainazalaren erresistentzia eta korrosioarekiko erresistentzia hobetzeko. Laserrak kentzen dituen hondakinek funtsean ez dute ingurumena kutsatzen, eta distantzia luzean ere erabil daiteke, eta horrek eraginkortasunez murrizten du operadorearen osasunerako kaltea.
Eraikinaren kanpoaldea
Gero eta etxe orratz gehiago eraikitzen ari dira, eta eraikinen kanpoko hormen garbiketa arazoa gero eta nabarmenagoa da. Laser bidezko garbiketa sistemak eraikinen kanpoko hormak ondo garbitzen ditu zuntz optikoen bidez. Gehienez 70 metroko luzera duen irtenbideak hainbat kutsatzaile eraginkortasunez garbitu ditzake harri, metal eta beira desberdinetan, eta bere eraginkortasuna garbiketa konbentzionalarena baino askoz handiagoa da. Eraikinetako hainbat harritako puntu beltzak eta orbanak ere kendu ditzake. Eraikinetan eta harrizko monumentuetan laser bidezko garbiketa sistemaren garbiketa probak erakusten du laser bidezko garbiketak eragin ona duela eraikin zaharren itxura babesteko.
Elektronika Industria
Elektronika industriak laserrak erabiltzen ditu oxidoak kentzeko: Elektronika industriak zehaztasun handiko deskontaminazioa behar du, eta laser bidezko desoxidazioa bereziki egokia da. Osagaien pinak ondo desoxidatu behar dira plaka soldatu aurretik, kontaktu elektriko optimoa bermatzeko, eta pinak ez dira kaltetu behar deskontaminazio prozesuan zehar. Laser bidezko garbiketak erabilera-eskakizunak bete ditzake, eta eraginkortasuna oso altua da, eta orratz bakoitzeko laser irradiazio bakarra behar da.
Zentral Nuklearra
Laser bidezko garbiketa sistemak zentral nuklearretan erreaktoreen hodien garbiketan ere erabiltzen dira. Zuntz optiko bat erabiltzen du potentzia handiko laser izpi bat erreaktorean sartzeko, hauts erradioaktiboa zuzenean kentzeko, eta garbitutako materiala erraz garbitzen da. Eta urrutitik funtzionatzen duenez, langileen segurtasuna berma daiteke.
Laburpena
Gaur egungo fabrikazio-industria aurreratua nazioarteko lehiaren gailur nagusi bihurtu da. Laser bidezko fabrikazioko sistema aurreratu gisa, laser bidezko garbiketa-makinak potentzial handia du aplikazio-baliorako garapen industrialean. Laser bidezko garbiketa-teknologia indarrez garatzeak garrantzi estrategiko handia du garapen ekonomiko eta sozialerako.
