ما الفرق بين التنظيف بالليزر المستمر والتنظيف بالليزر النبضي؟

تُعد تقنية التنظيف بالليزر، كوسيلة فعالة وصديقة للبيئة لتنظيف الأسطح، تُصنف بشكل رئيسي إلى تنظيف بالليزر المستمر وتنظيف بالليزر النبضي بناءً على طرق الإخراج المختلفة للليزر. وهناك اختلافات كبيرة بين النوعين من حيث آليات العمل، ومعايير العملية، وتأثيرات التنظيف، ومجالات التطبيق.
أولًا: آلية العمل
يستخدم التنظيف بالليزر المستمر شعاع ليزر بقدرة إخراج ثابتة لإضاءة سطح القطعة المستهدفة باستمرار. وتعتمد آلية التنظيف فيه بشكل أساسي على التأثير الحراري. وعندما تمتص الشوائب أو الطبقات الطلائية طاقة الليزر، يرتفع درجة حرارتها تدريجيًا، ثم تُزال في النهاية من خلال عمليات مثل الانصهار أو التبخر أو التمدد الحراري. ويكون التأثير الحراري على الطبقة الأساسية مستمرًا نسبيًا وعميقًا.
يستخدم التنظيف بالليزر النابض إخراج دفعات دورية من نبضات الليزر عالية القدرة القصوى، حيث تكون كل نبضة ذات مدة قصيرة جدًا (عادةً بالنانوثانية أو البيكو ثانية أو حتى الفيمتوثانية). يجمع آلية التنظيف بين التأثيرات الحرارية والتأثيرات الميكانيكية. يتم تسخين الشوائب بسرعة، وتتبخر أو تتأين خلال فترة زمنية قصيرة جدًا، مما يولد موجات صدمية شديدة. تستفيد هذه الموجات الصدمية من قوتها لـ"هزّ" الشوائب بعيدًا عن سطح المادة الأساسية. وبسبب قصر مدة التأثير، لا يتاح للحرارة وقت للانتقال على نطاق واسع إلى المادة الأساسية، وبالتالي تكون منطقة التأثير الحراري صغيرة نسبيًا.
ثانيًا. المعلمات الرئيسية للعملية
تتمثل المعلمات الأساسية للتنظيف بالليزر المستمر في قدرة الليزر (بالواط، W) وسرعة المسح. ومن خلال ضبط القدرة والسرعة معًا، يمكن التحكم في كمية الطاقة المدخلة لكل وحدة مساحة (كثافة الطاقة).
معلمات التنظيف بالليزر النابض أكثر تعقيدًا بكثير، وتشمل بشكل رئيسي:
طاقة النبضة (جول، J): الطاقة المحتواة في نبضة واحدة.
عرض النبضة (بالثواني، s): مدة نبضة واحدة، والتي تحدد كثافة القدرة.
تردد التكرار (هرتز، Hz): عدد النبضات الصادرة في الثانية، وهو ما يؤثر على كفاءة التنظيف.
كثافة القدرة (واط لكل سنتيمتر مربع، W/سم²): تتحدد من خلال طاقة النبضة وعرض النبضة معًا، وتعتبر العامل الرئيسي في توليد التأثيرات الميكانيكية.
ثالثًا: تأثير التنظيف وخصائصه
كفاءة التنظيف: عند نفس القدرة المتوسطة، يكون الليزر المستمر، بسبب إخراجه للطاقة دون انقطاع، له عادةً معدل إزالة أعلى للمواد وبالتالي كفاءة تنظيف أعلى. وتكون كفاءة تنظيف الليزر النابض محدودة بتردد التكرار.
تأثير الحرارة: يوفر الليزر المستمر إدخالًا كبيرًا ومستمرًا للحرارة إلى الركيزة، مما يجعلها عرضة للتلف الحراري مثل الانصهار، والتشوه، وتغيرات البنية المجهرية. يكون هذا الخطر مرتفعًا بوجه خاص بالنسبة للمواد الحساسة للحرارة. أما منطقة التأثير الحراري لليزر النابض فهي صغيرة، مما يمكّن من "المعالجة الباردة"، وبالتالي يكون أكثر ملاءمة لتنظيف المكونات الدقيقة والحاسة للحرارة.
دقة التنظيف والتحكم فيه: من خلال التحكم في طاقة وكمية النبضات الفردية، يمكن لليزر النابض تحقيق إزالة الطبقة الملوثة طبقة تلو الأخرى، مع دقة تحكم أعلى، وتحقيق تنظيف انتقائي بسهولة دون الإضرار بالركيزة. بينما تكون دقة التحكم في الليزر المستمر أقل نسبيًا.
نطاق تطبيق آلية التنظيف: الليزر المستمر أكثر ملاءمة لإزالة الملوثات ذات قوة التصاق ضعيفة نسبيًا بالسطح أو تلك التي يمكن إزالتها بفعالية من خلال التأثيرات الحرارية، مثل بقع الزيت والطلاء والمطاط. أما التأثير الميكانيكي للليزر النبضي فهو أكثر فعالية في إزالة الجسيمات الملتصقة بإحكام (مثل الغبار وجزيئات المعادن) وطبقات الأكاسيد والجسيمات الدقيقة.
تكلفة المعدات والتعقيد: الليزر النبضي، لا سيما الليزر ذو النبضات الفائقة القصر، يكون عمومًا أكثر تعقيدًا تقنيًا وأعلى تكلفة تصنيعًا مقارنةً بالليزر المستمر ذي القدرة المتوسطة نفسها.
IV. سيناريوهات التطبيق
التنظيف بالليزر المستمر: تُستخدم هذه الطريقة عادةً في سيناريوهات التنظيف الكبيرة والفعالة على نطاق واسع، مثل إزالة الطلاء من هياكل السفن، والمعالجة الأولية لأسطح الهياكل الفولاذية الكبيرة، وتنظيف قوالب الإطارات. وهي مناسبة للمجالات التي لا تضع متطلبات صارمة بشأن الضرر الحراري الذي قد يصيب السطح.
التنظيف بالليزر النبضي: يُستخدم على نطاق واسع في مجالات المعالجة والتنظيف الدقيقة منخفضة التلف، مثل تنظيف المكونات الإلكترونية، واستعادة الآثار، وإزالة التلوث عن القوالب الدقيقة، وإزالة الجسيمات من سطح رقائق أشباه الموصلات، وصيانة المكونات الرئيسية في قطاع الطيران والفضاء.

التنظيف بالليزر المستمر والتنظيف بالليزر النبضي هما طريقتان تقنيتان تعتمدان على آليات فيزيائية مختلفة. يعتمد الليزر المستمر بشكل رئيسي على التأثير الحراري، ويتميز بكفاءة عالية وقابلية للتنظيف على مساحات كبيرة؛ في حين يجمع الليزر النبضي بين التأثيرات الحرارية والميكانيكية، وتتمثل ميزته الأساسية في الدقة العالية وانخفاض الضرر الحراري. وفي التطبيقات العملية، يجب أخذ عوامل متعددة بعين الاعتبار بشكل شامل لاختيار التكنولوجيا المناسبة، مثل خصائص المواد المراد تنظيفها، ونوع الشوائب، ومتطلبات الدقة، وتحمل المادة للتأثيرات الحرارية.