Son yıllarda lazerle temizleme, endüstriyel üretim alanında araştırma odak noktalarından biri haline gelmiş olup, araştırmalar süreç, teori, ekipman ve uygulamaları kapsamaktadır. Endüstriyel uygulamalarda, lazerle temizleme teknolojisi, çelik, alüminyum, titanyum, cam ve kompozit malzemeler gibi çok sayıda farklı alt tabaka yüzeyini güvenilir bir şekilde temizleyebilmektedir. Uygulama alanları arasında havacılık, uzay, gemi inşa, yüksek hızlı tren, otomotiv, kalıp, nükleer enerji ve denizcilik gibi alanlar yer almaktadır.
1960'lı yıllara dayanan lazer temizleme teknolojisi, iyi temizleme etkisi, geniş uygulama alanı, yüksek hassasiyet, temassızlık ve erişilebilirlik gibi avantajlara sahiptir. Endüstriyel üretim, imalat ve bakım gibi alanlarda geniş uygulama potansiyeline sahip olup, geleneksel temizleme yöntemlerinin kısmen veya tamamen yerini alması ve 21. yüzyılın en umut vadeden yeşil temizleme teknolojisi olması beklenmektedir.
Lazerle temizleme yöntemi
Lazerle temizleme işlemi oldukça karmaşıktır ve çeşitli malzeme uzaklaştırma mekanizmalarını içerir. Bir lazerle temizleme yönteminde, temizleme işlemi aynı anda çeşitli mekanizmaları içerebilir; bu mekanizmalar esas olarak lazer ile malzeme arasındaki etkileşime bağlıdır ve malzeme yüzeyinin aşınması, ayrışması, iyonlaşması, bozulması, erimesi, yanması, buharlaşması, titreşimi, püskürmesi, genleşmesi, büzülmesi, patlaması, soyulması, dökülmesi ve diğer fiziksel ve kimyasal değişimleri kapsar.
Günümüzde tipik lazer temizleme yöntemleri esas olarak üç tanedir: lazer ablasyon temizliği, sıvı film destekli lazer temizliği ve lazer şok dalgası temizliği yöntemleri.
Lazer ablasyon temizleme yöntemi
Başlıca metodolojik mekanizmalar termal genleşme, buharlaşma, ablasyon ve faz patlamasıdır. Lazer, yüzeyden çıkarılacak malzemeye doğrudan etki eder ve ortam koşulları hava, seyreltilmiş gaz veya vakum olabilir. Çalışma koşulları basittir ve çeşitli kaplamaların, boyaların, parçacıkların veya kirlerin çıkarılmasında en yaygın olarak kullanılır. Aşağıdaki şema, lazer ablasyon temizleme yönteminin işlem diyagramını göstermektedir.
Lazer ışınlaması malzemenin yüzeyine uygulandığında, alt tabaka ve temizleme malzemeleri ilk olarak termal genleşmeye uğrar. Lazerin temizleme malzemesiyle etkileşim süresi arttıkça, sıcaklık temizleme malzemesinin kavitasyon eşiğinden düşükse, temizleme malzemesi sadece fiziksel değişim sürecine girer; temizleme malzemesi ve alt tabakanın termal genleşme katsayıları arasındaki fark, arayüzde basınca, temizleme malzemesinin bükülmesine, alt tabaka yüzeyinden yırtılmasına, çatlamasına, mekanik kırılmasına, titreşimle ezilmesine vb. yol açar; temizleme malzemesi jetle uzaklaştırılır veya alt tabaka yüzeyinden sıyrılır.
Sıcaklık, temizleme malzemesinin gazlaşma eşik sıcaklığından yüksekse, iki durum söz konusu olacaktır: 1) temizleme malzemesinin aşınma eşiği, alt tabakanınkinden daha düşüktür; 2) temizleme malzemesinin aşınma eşiği, alt tabakanınkinden daha yüksektir.
Bu iki temizleme malzemesi vakasında erime, kavitasyon ve ablasyon gibi fizikokimyasal değişimler görülürken, temizleme mekanizması daha karmaşıktır; termal etkilere ek olarak, temizleme malzemeleri ve alt tabakalar arasındaki moleküler bağların kopması, temizleme malzemelerinin ayrışması veya bozulması, faz patlaması, temizleme malzemelerinin gazlaşması, ani iyonlaşma ve plazma oluşumu gibi olayları da içerebilir.
(1)Sıvı film destekli lazer temizliği
Yöntem mekanizması esas olarak sıvı film kaynaması, buharlaşma ve titreşim vb. unsurları içerir. Kullanım için uygun lazer dalga boyunun seçilmesi gerekir; bu sayede lazer aşındırma temizleme işlemindeki darbe basıncı eksikliği telafi edilerek, temizlenmesi daha zor olan bazı nesnelerin de uzaklaştırılması sağlanabilir.
Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, temizlenecek nesnenin yüzeyine önceden sıvı film (su, etanol veya diğer sıvılar) sürülür ve ardından lazerle ışınlanır. Sıvı film, lazer enerjisini emerek sıvı ortamda güçlü bir patlamaya neden olur; kaynayan sıvının yüksek hızlı hareketi sonucu oluşan patlama enerjisi, yüzeydeki temizleme malzemelerine aktarılır ve yüksek geçici patlama kuvveti, yüzeydeki kiri temizlemek ve temizleme amacına ulaşmak için yeterlidir.
Sıvı film destekli lazer temizleme yönteminin iki dezavantajı vardır.
Zahmetli bir süreç ve süreci kontrol etmek zor.
Sıvı film kullanımı nedeniyle, temizlik sonrasında alt tabaka yüzeyinin kimyasal bileşimi kolayca değişir ve yeni maddeler oluşur.
(1)Lazer şok dalgası tipi temizleme yöntemi
İşlem yaklaşımı ve mekanizması ilk ikisinden çok farklıdır; mekanizma esas olarak şok dalgası kuvvetiyle uzaklaştırmaya dayanır, temizlenen nesneler esas olarak parçacıklardır ve esas olarak parçacıkların (mikro altı veya nano ölçekli) uzaklaştırılması amaçlanır. İşlem gereksinimleri çok katıdır; hem havanın iyonize edilebilmesini sağlamak hem de lazer ile alt tabaka arasında uygun bir mesafe bırakarak parçacıklar üzerindeki darbe kuvvetinin yeterince büyük olmasını sağlamak gerekir.
Aşağıda lazer şok dalgası temizleme işleminin şematik diyagramı gösterilmiştir. Lazer, alt tabaka yüzeyine paralel olarak yönlendirilir ve alt tabaka ile temas etmez. İş parçası veya lazer başlığı hareket ettirilerek lazer odağı, lazer çıkışına yakın olan parçacığa ayarlanır. Odak noktasında hava iyonlaşması olayı meydana gelir ve şok dalgaları oluşur. Şok dalgaları hızla küresel olarak genişler ve parçacıklarla temas edecek şekilde yayılır. Şok dalgasının parçacık üzerindeki enine bileşeninin momenti, boyuna bileşeninin momentinden ve parçacık yapışma kuvvetinden daha büyük olduğunda, parçacık yuvarlanarak uzaklaştırılır.
Lazer temizleme teknolojisi
Lazerle temizleme mekanizması esas olarak, nesnenin yüzeyindeki parçacıkların lazer enerjisi emmesi, buharlaşması ve uçucu hale gelmesi veya anlık termal genleşme yoluyla yüzeydeki parçacıkların adsorpsiyonunun giderilmesine dayanır; böylece nesnenin yüzeyi temizlenir ve temizleme amacı gerçekleştirilir.
Kabaca şu şekilde özetlenebilir: 1. lazer buhar ayrıştırma, 2. lazer sıyırma, 3. kir parçacıklarının termal genleşmesi, 4. alt tabaka yüzey titreşimi ve parçacık titreşimi olmak üzere dört yön.
Geleneksel temizleme işlemine kıyasla, lazer temizleme teknolojisi aşağıdaki özelliklere sahiptir.
1. Bu bir "kuru" temizleme yöntemidir, temizleme solüsyonu veya başka kimyasal çözeltiler kullanılmaz ve temizlik oranı kimyasal temizleme yöntemine göre çok daha yüksektir.
2. Kir temizleme kapsamı ve uygulanabilir yüzey aralığı çok geniştir ve
3. Lazer işlem parametrelerinin düzenlenmesi sayesinde, kirleticilerin etkili bir şekilde uzaklaştırılması temelinde, alt tabakanın yüzeyine zarar verilmez ve yüzey yeni gibi olur.
4. Lazerle temizleme işlemi kolaylıkla otomatikleştirilebilir.
5. Lazer dekontaminasyon ekipmanı uzun süre kullanılabilir ve işletme maliyeti düşüktür.
6. Lazer temizleme teknolojisi çevre dostu bir temizleme işlemidir; atık katı toz halindedir, küçük boyutludur, saklanması kolaydır ve temelde çevreyi kirletmez.
1980'lerde, yarı iletken endüstrisinin silikon gofret yüzeyindeki maske kirlilik parçacıklarının temizleme teknolojisindeki hızlı gelişimi, daha yüksek gereksinimler ortaya koydu. Buradaki kilit nokta, mikro parçacıkların ve alt tabakanın arasındaki büyük adsorpsiyon kuvvetinin üstesinden gelmekti. Geleneksel kimyasal temizleme, mekanik temizleme ve ultrasonik temizleme yöntemleri bu talebi karşılayamıyordu ve lazer temizleme bu tür kirlilik sorunlarını çözebiliyordu; bu nedenle ilgili araştırmalar ve uygulamalar hızla gelişti.
1987'de lazerle temizleme üzerine ilk patent başvurusu yapıldı. 1990'larda Zapka, lazerle temizleme teknolojisini yarı iletken üretim sürecinde maske yüzeyinden mikro parçacıkları uzaklaştırmak için başarıyla uygulayarak, lazerle temizleme teknolojisinin endüstriyel alanda erken bir uygulamasını gerçekleştirdi. 1995'te araştırmacılar, 2 kW'lık bir TEA-CO2 lazer kullanarak uçak gövdesi boyasının temizlenmesini başarıyla gerçekleştirdi.
21. yüzyıla girildikten sonra, ultra kısa darbeli lazerlerin hızlı gelişimiyle birlikte, yerli ve yabancı lazer temizleme teknolojisi araştırmaları ve uygulamaları giderek artmış, metal malzemelerin yüzeyine odaklanılmıştır. Tipik yabancı uygulamalar arasında uçak gövdesi boyasının sökülmesi, kalıp yüzeyinin yağdan arındırılması, motor içindeki karbonun temizlenmesi ve kaynak öncesi bağlantı yerlerinin yüzey temizliği yer almaktadır. ABD Edison Kaynak Enstitüsü'nün FG16 savaş uçağının lazerle temizlenmesinde, 1 kW lazer gücüyle dakikada 2,36 cm³ temizleme hacmi elde edilmiştir.
Gelişmiş kompozit parçaların lazerle boya sökme araştırması ve uygulaması da önemli bir araştırma alanı olarak öne çıkmaktadır. ABD Donanması'nın HG53 ve HG56 helikopterlerinin pervane kanatları ile F16 savaş uçağının düz kuyruğu ve diğer kompozit yüzeylerde lazerle boya sökme uygulamaları gerçekleştirilmişken, Çin'de uçak uygulamalarında kompozit malzemelerin kullanımı henüz geride kalmıştır; dolayısıyla bu tür araştırmalar temelde başlangıç aşamasındadır.
Ayrıca, yapıştırma öncesinde bağlantı yerinin mukavemetini artırmak için CFRP kompozit yüzey işleminde lazer temizleme teknolojisinin kullanımı da güncel araştırma odak noktalarından biridir. Adapt Laser şirketi, Audi TT otomobil üretim hattına fiber lazer temizleme ekipmanı sağlayarak hafif alüminyum alaşımlı kapı çerçevesinin yüzeyindeki oksit tabakasını temizlemiştir. Rolls-Royce UK ise titanyum uçak motoru parçalarının yüzeyindeki oksit tabakasını temizlemek için lazer temizleme yöntemini kullanmıştır.
Lazer temizleme teknolojisi, son iki yılda hızla gelişti; lazer temizleme proses parametreleri ve temizleme mekanizması, temizleme nesnesi araştırması veya uygulama araştırması olsun, büyük ilerleme kaydetti. Lazer temizleme teknolojisi, birçok teorik araştırmanın ardından, araştırma odağı sürekli olarak uygulama araştırmalarına yöneldi ve uygulamada umut verici sonuçlar elde edildi. Gelecekte, lazer temizleme teknolojisi kültürel miras ve sanat eserlerinin korunmasında daha yaygın olarak kullanılacak ve pazarı çok geniş olacaktır. Bilim ve teknolojinin gelişmesiyle birlikte, lazer temizleme teknolojisinin endüstride uygulanması gerçeğe dönüşmekte ve uygulama alanı giderek daha da genişlemektedir.
Maven lazer otomasyon şirketi 14 yıldır lazer sektörüne odaklanmaktadır ve lazer markalama konusunda uzmanlaşmıştır. Makine kabini lazer temizleme makinesi, tekerlekli kasa lazer temizleme makinesi, sırt çantası lazer temizleme makinesi ve üçü bir arada lazer temizleme makinesi gibi ürünlerimiz mevcuttur. Ayrıca lazer kaynak makinesi, lazer kesme makinesi ve lazer markalama ve gravür makinesi de bulunmaktadır. Makinelerimizle ilgileniyorsanız, bizi takip edebilir ve bizimle iletişime geçebilirsiniz.
Yayın tarihi: 14 Kasım 2022
