ما هو مبدأ آلة التنظيف بالليزر والعوامل التي تؤثر على التأثير؟

يعد التنظيف بالليزر طريقة فعالة لإزالة الجزيئات المتسخة وطبقات الأفلام من مواد وأحجام مختلفة على الأسطح الصلبة. من خلال السطوع العالي والليزر المستمر أو النبضي الاتجاهي الجيد، من خلال التركيز البصري وتشكيل البقعة لتشكيل شكل موضعي محدد وتوزيع الطاقة لشعاع الليزر، المشعع على سطح المادة الملوثة التي تحتاج إلى التنظيف، والمواد الملوثة المرفقة يمتص طاقة الليزر، وينتج عنه اهتزاز، وذوبان، واحتراق، وحتى تغويز، وسلسلة من العمليات الفيزيائية والكيميائية المعقدة. وأخيرًا، قم بإزالة الملوثات من سطح المادة، حتى لو كان الليزر يعمل على السطح المنظف، فإن معظمها ينعكس، ولا يسبب أي ضرر للركيزة، وذلك لتحقيق تأثير التنظيف.

يمكن تصنيف التنظيف بالليزر وفقًا لمعايير التصنيف المختلفة. على سبيل المثال، يتم تقسيم ما إذا كان سطح الركيزة مغطى بغشاء سائل في عملية التنظيف بالليزر إلى التنظيف بالليزر الجاف والتنظيف بالليزر الرطب. الأول هو التشعيع المباشر بالليزر على سطح المادة الملوثة، والثاني يتطلب تطبيق طبقة رطبة أو سائلة على سطح التنظيف بالليزر. كفاءة التنظيف بالليزر الرطب عالية، لكن التنظيف بالليزر الرطب يتطلب طلاءًا يدويًا للفيلم السائل، وبالتالي فإن تكوين الفيلم السائل لا يمكن أن يغير خصائص مادة المصفوفة نفسها. ولذلك، بالمقارنة مع تكنولوجيا التنظيف بالليزر الجاف، فإن نطاق تطبيق التنظيف بالليزر الرطب له حدود معينة. التنظيف بالليزر الجاف هو أسلوب التنظيف بالليزر الأكثر استخدامًا، والذي يستخدم شعاع الليزر لتشعيع سطح قطعة العمل مباشرة لإزالة الجزيئات والأفلام.

المبدأ الأساسي للتنظيف الجاف بالليزر هو أنه بعد تشعيع الجسيمات والركيزة المادية بواسطة الليزر، يتم تحويل الطاقة الضوئية الممتصة إلى طاقة حرارية في لحظة، مما يتسبب في التمدد الحراري الفوري للجسيمات أو الركيزة أو كليهما عند في نفس الوقت، ويتم إنشاء التسارع على الفور بين الجسيمات والركيزة. تتغلب القوة الناتجة عن التسارع على قوة الامتزاز بين الجسيم والركيزة وتتسبب في هروب الجسيم من سطح الركيزة.

وفقًا لطرق الامتصاص المختلفة للتنظيف الجاف بالليزر، يمكن تقسيم التنظيف الجاف بالليزر بشكل أساسي إلى الشكلين التاليين:

1. بالنسبة لجزيئات الغبار ذات نقطة انصهار أكبر من المادة الأساسية (أو مع اختلاف كبير في معدل امتصاص الليزر): يكون تشعيع ليزر امتصاص الجسيمات أقوى من امتصاص الركيزة (أ) أو العكس (ب)، في هذا الوقت يتم تحويل طاقة ضوء ليزر امتصاص الجسيمات إلى طاقة حرارية، مما يتسبب في التمدد الحراري للجسيم، على الرغم من أن كمية التمدد الحراري صغيرة جدًا، إلا أن التمدد الحراري يكون في فترة زمنية قصيرة جدًا، لذلك سينتج تسارعًا لحظيًا كبيرًا على الركيزة، بينما تتفاعل الركيزة على الجسيم. تتغلب القوة على قوة الربط على بعضها البعض وتفصل الجزيئات عن الركيزة. الرسم التخطيطي هو كما يلي:

2. بالنسبة للأوساخ ذات نقطة الغليان المنخفضة: تمتص الأوساخ السطحية طاقة الليزر مباشرة، ويتبخر الغليان الفوري عند درجة حرارة عالية، ويزيل التبخر المباشر الأوساخ، كما هو موضح في الشكل التالي.

يُعرف التنظيف الرطب بالليزر أيضًا بالتنظيف بالبخار بالليزر، مقارنةً بالتنظيف الجاف، التنظيف الرطب على سطح جزء التنظيف يحتوي على طبقة رقيقة من غشاء سائل سميك ببضعة ميكرونات أو فيلم متوسط، الفيلم السائل عن طريق تشعيع الليزر ترتفع درجة حرارة الفيلم السائل. على الفور وتنتج عددًا كبيرًا من تفاعل تغويز الفقاعات. تتغلب قوة التأثير الناتجة عن انفجار التغويز على قوة الامتزاز بين الجزيئات والركيزة. وفقًا للجسيمات، يختلف معامل امتصاص الطول الموجي للفيلم السائل والركيزة، ويمكن تقسيم التنظيف الرطب بالليزر إلى ثلاثة أنواع.

1. الركيزة تمتص طاقة الليزر بقوة

عندما يتم تشعيع الليزر على الركيزة والفيلم السائل، يكون امتصاص الركيزة لليزر أكبر بكثير من امتصاص الفيلم السائل، لذلك تحدث ظاهرة التغويز المتفجر عند السطح البيني بين الركيزة والفيلم السائل، كما هو موضح في الشكل أدناه. من الناحية النظرية، كلما كان وقت النبض أضيق، كان من الأسهل ارتفاع درجة حرارة الوصلة، مما يؤدي إلى تأثير انفجاري أكبر.

2. الفيلم السائل يمتص طاقة الليزر بقوة

مبدأ هذا التنظيف هو أن الفيلم السائل يمتص معظم طاقة الليزر، ويحدث تغويز متفجر على سطح الفيلم السائل، كما هو موضح في الشكل أدناه. في هذا الوقت، كفاءة التنظيف بالليزر ليست جيدة مثل امتصاص الركيزة، لأن قوة تأثير الانفجار تكون على سطح الفيلم السائل في هذا الوقت. عندما تمتص الركيزة، تحدث الفقاعة والانفجار عند تقاطع الركيزة والفيلم السائل، وتكون قوة تأثير الانفجار أسهل في دفع الجزيئات بعيدًا عن سطح الركيزة، وبالتالي يكون تأثير تنظيف امتصاص الركيزة أفضل.

3. كلاً من الركيزة والفيلم السائل يمتصان طاقة الليزر

في هذا الوقت، تكون كفاءة التنظيف منخفضة للغاية، بعد تشعيع الليزر للفيلم السائل، يتم امتصاص جزء من طاقة الليزر، ويتم تشتيت الطاقة في الفيلم السائل بأكمله، ويغلي الفيلم السائل وينتج فقاعات، والباقي تمتص الركيزة طاقة الليزر بعد مرورها عبر الغشاء السائل، كما هو موضح في الشكل. تتطلب هذه الطريقة المزيد من طاقة الليزر لإنتاج فقاعات الغليان، والتي يمكن أن تسبب انفجارًا. لذا فإن هذه الطريقة غير فعالة للغاية.

عند استخدام طريقة امتصاص الركيزة للتنظيف الرطب بالليزر، نظرًا لأن معظم طاقة الليزر يتم امتصاصها بواسطة الركيزة، فإن الوصلة بين الفيلم السائل والركيزة ستكون محمومة، وسيتم إنشاء فقاعات في الواجهة. بالمقارنة مع التنظيف الجاف، يستخدم النوع الرطب قوة التأثير الناتجة عن انفجار فقاعة التوصيل لتحقيق التنظيف بالليزر. وفي الوقت نفسه، يمكن إضافة مادة كيميائية معينة إلى الفيلم السائل للتفاعل كيميائيًا مع جزيئات الملوثات لتقليل قوة الامتزاز بين الجزيئات والمواد الأساسية، وذلك لتقليل عتبة التنظيف بالليزر. لذلك، يمكن للتنظيف الرطب أن يحسن كفاءة التنظيف إلى حد ما، ولكن هناك بعض الصعوبات في نفس الوقت، فقد يؤدي إدخال الفيلم السائل إلى تلوث جديد، ومن الصعب التحكم في سمك الفيلم السائل.