Sự khác biệt giữa làm sạch laser liên tục và làm sạch laser xung là gì?

Công nghệ làm sạch bằng laser, như một phương pháp hiệu quả và thân thiện với môi trường để làm sạch bề mặt, chủ yếu được chia thành làm sạch laser liên tục và làm sạch laser xung dựa trên các phương thức đầu ra laser khác nhau. Hai phương pháp này có sự khác biệt đáng kể về cơ chế tác động, thông số quy trình, hiệu quả làm sạch và lĩnh vực ứng dụng.
I. Cơ chế tác động
Làm sạch laser liên tục sử dụng chùm tia laser có công suất đầu ra không đổi để chiếu liên tục lên bề mặt chi tiết. Cơ chế làm sạch chủ yếu dựa vào hiệu ứng nhiệt. Khi các chất nhiễm bẩn hoặc lớp phủ hấp thụ năng lượng laser, nhiệt độ của chúng tiếp tục tăng lên, và cuối cùng bị loại bỏ thông qua các quá trình như nóng chảy, hóa hơi hoặc giãn nở nhiệt. Tác động nhiệt lên bề mặt vật liệu tương đối liên tục và sâu.
Làm sạch bằng laser xung sử dụng đầu ra định kỳ các xung laser có công suất đỉnh cao, với mỗi xung có thời lượng cực ngắn (thường tính bằng nanogiây, picogiây hoặc thậm chí femtogiây). Cơ chế làm sạch kết hợp hiệu ứng nhiệt và hiệu ứng cơ học. Các chất bẩn được đun nóng nhanh chóng, hóa hơi hoặc ion hóa trong khoảng thời gian cực ngắn, tạo ra các sóng xung kích mạnh. Những sóng xung kích này sử dụng lực của chúng để "rung" các chất bẩn ra khỏi bề mặt vật liệu nền. Do thời gian tác động ngắn, nhiệt không kịp truyền rộng đến vật liệu nền, vì vậy vùng ảnh hưởng bởi nhiệt tương đối nhỏ.
II. Các Thông Số Quan Trọng Của Quá Trình
Các thông số cốt lõi của làm sạch laser liên tục là công suất laser (watt, W) và tốc độ quét. Bằng cách phối hợp công suất và tốc độ, có thể kiểm soát được năng lượng đầu vào trên mỗi đơn vị diện tích (mật độ năng lượng).
Các thông số cốt lõi của làm sạch laser xung phức tạp hơn nhiều và chủ yếu bao gồm:
Năng lượng xung (joule, J): Năng lượng chứa trong một xung đơn.
Độ rộng xung (giây, s): Thời gian kéo dài của một xung đơn, xác định mật độ công suất.
Tần số lặp lại (Hertz, Hz): Số lượng xung đầu ra mỗi giây, ảnh hưởng đến hiệu quả làm sạch.
Mật độ công suất (watt trên centimét vuông, W/cm²): Được xác định bởi cả năng lượng xung và độ rộng xung, là yếu tố chính tạo ra các hiệu ứng cơ học.
III. Hiệu quả và đặc điểm làm sạch
Hiệu quả làm sạch: Ở cùng mức công suất trung bình, tia laser liên tục do phát ra năng lượng không ngừng thường có tốc độ loại bỏ vật liệu cao hơn và do đó có hiệu quả làm sạch cao hơn. Hiệu quả làm sạch của tia laser xung bị giới hạn bởi tần số lặp lại.
Tác động nhiệt: Tia laser liên tục cung cấp lượng nhiệt lớn và liên tục vào vật liệu nền, dễ gây ra hư hại nhiệt cho vật liệu nền như nóng chảy, biến dạng và thay đổi cấu trúc vi mô. Nguy cơ này đặc biệt cao đối với các vật liệu nhạy cảm với nhiệt. Vùng ảnh hưởng nhiệt của tia laser xung nhỏ, cho phép "xử lý lạnh", do đó phù hợp hơn cho việc làm sạch các chi tiết chính xác và nhạy cảm với nhiệt.
Độ chính xác và khả năng kiểm soát trong làm sạch: Bằng cách điều chỉnh năng lượng và số lượng từng xung, laser xung có thể thực hiện việc loại bỏ từng lớp chất nhiễm bẩn một cách chính xác hơn, dễ dàng đạt được làm sạch chọn lọc mà không làm hư hại vật liệu nền. Độ chính xác kiểm soát của laser liên tục tương đối thấp hơn.
Phạm vi ứng dụng cơ chế làm sạch: Tia laser liên tục phù hợp hơn để loại bỏ các chất gây nhiễm bẩn có lực bám dính yếu với bề mặt nền hoặc những chất có thể được loại bỏ hiệu quả thông qua tác động nhiệt, ví dụ như dầu mỡ, sơn, cao su, v.v. Hiệu ứng tác động cơ học của tia laser xung phát huy hiệu quả hơn trong việc loại bỏ các hạt bám chặt (như bụi, hạt kim loại), lớp oxit và các hạt nhỏ li ti.
Chi phí thiết bị và độ phức tạp: Laser xung, đặc biệt là laser xung cực ngắn, thường có độ phức tạp kỹ thuật và chi phí sản xuất cao hơn so với laser liên tục cùng công suất trung bình.
IV. Các tình huống ứng dụng
Làm sạch bằng laser liên tục: Phương pháp này thường được sử dụng trong các tình huống làm sạch quy mô lớn, hiệu suất cao ở cấp độ vĩ mô, chẳng hạn như tẩy sơn thân tàu, xử lý bề mặt kết cấu thép lớn, làm sạch khuôn lốp xe, v.v. Phương pháp này phù hợp với các lĩnh vực không yêu cầu nghiêm ngặt về tổn thương nhiệt đối với bề mặt nền.
Làm sạch bằng laser xung: Được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực gia công và làm sạch vi mô có độ chính xác cao và ít gây hư hại, chẳng hạn như làm sạch linh kiện điện tử, phục hồi cổ vật, khử nhiễm khuôn chính xác, loại bỏ các hạt trên bề mặt oxi bán dẫn, và bảo trì các bộ phận then chốt trong ngành hàng không vũ trụ.

Làm sạch bằng laser liên tục và làm sạch bằng laser xung là hai hướng kỹ thuật dựa trên các cơ chế vật lý khác nhau. Laser liên tục chủ yếu dựa vào hiệu ứng nhiệt, với ưu điểm là hiệu suất cao và làm sạch diện tích lớn; laser xung kết hợp cả hiệu ứng nhiệt và cơ học, ưu điểm cốt lõi là độ chính xác cao và tổn thương nhiệt thấp. Trong ứng dụng thực tế, cần xem xét toàn diện các yếu tố như đặc tính vật liệu của đối tượng cần làm sạch, loại chất bẩn, yêu cầu về độ chính xác và mức độ chịu đựng đối với tác động nhiệt, từ đó lựa chọn công nghệ phù hợp.