Бүтээмжтэй бохирдлогын ариутгахад пульс лазер ариутгалын төхөөрөмжүүдийн пульс давтамжийг сонгож тохируулах

Пульсийн давтамж хэрхэн цэвэрлэх үр дүнг ба энергийн хүртээмжийг тодорхойлдог

Дундаж чадал, пик нүүршүүлэлт ба абляцийн хязгаарын хэтрүүлэх үйлдэлд пульсийн давтамжийн үүрэг

Импульсийн давтамж нь импульс лазер цэвэрлэх төхөөрөмжийн дундаж хүчдэл гаралтыг тодорхойлохдоо үндэсний томъёо: Дундаж хүчдэл = Импульсийн энергия × Давтамж гэж тодорхойлдог. Системийн хүчдэл тогтмол байх үед давтамжийг нэмэгдүүлэх нь ижил хугацаанд илүү олон импульс илгээхийг хүлээж, импульсийн нягтсыг нэмэгдүүлдэг, гэтэд импульс бүрт агуулагдах энергия бодитоор буурдэг. Үүнээс импульс бүрт нэгж талбайд ноогдуулж буй энергия — пик флуенц буурдэг. Амжилттай цэвэрлэх үйлдлийн хувьд пик флуенц нь материал-тодорхой абляцийн хүрээмүүрт хүртэл нэмэгдүүлэх шаардлагатай. Энэ нь бидний ажиллах материалд молекул холбоосуудыг салгахад шаардагдах хамгийн бага энергия юм. Хэрэв флуенц энэ шүүлтүүрт хүртэл хүрэхгүй бол цэвэрлэх процессын үр дүн хүчтэй буурдэг. Түүнчлэн давтамжийн тохируулалтад зөв тэнцвэр олж авах нь чухал үлдмүүр. Операторууд нь зөв абляци хангах хэмжээний флуенц хангахын зэрэгцээ, гадаргууг халах, үйлдвэрлэлд аюул үүсгэх зэрэг нөхцөлд хүрэхгүйн тулд хүрээмүүрт хүртэл нэмэгдүүлэх шаардлагатай.

Туршилтын үр дүнд суурилж бүтээсэн үр ашиглалтын муруй: устгах хурд vs. давтамж (10–500 кГц) нүүрсөд бүрхүүлтэй гангаар хийгдсэн туршилт

Нүүрсөд бүрхүүлтэй гангаар устгах хурд 10–500 кГц завсартаа тодорхой шугаман бус хандлага үзүүрлэж буй:

Хамгийн их устгах үйлдэл 100–150 кГц-д явагдаж, үүнд цацрагийн энергия ба нягт хамгийн тохиромжтой байдаг. 200 кГц-с дээш дулааны тархалт дэд-материалыг хөөрхөн болгож, үйлдлийн үр дүнг 30–40% хүртэл бууруулж, исэлдэх аюулд нэмж өгдөг.

Цацрагийн цэвэрлэх төхөөрөмжүүдийн хувьд бохирдуулагчид төрөлсөөр сонгогдсон цацрагийн давтамжийн тохируулалт

Абляцины физикийн хувьд тохиромжтой давтамжийн цонхууд: рүст/исэлдүүлэгчдүүд (дунд давтамж, 50–200 кГц) ба будаа (бага давтамж, 10–50 кГц)

Хүрэл болон металлын оксидтэй харьцахдаа 50-200 кГц-ийн дундаж давтамж маш сайн байдаг. Дулааны түвшин нь доорх цахилгаан төмрийн хүдрийн цогцолборыг гэмтүүлэхгүйгээр окидын бүтцийг эвдэхэд хангалттай хэмжээний хэмжээгээр нэмэгддэг. Харин хувцас хувцас хувцас хувцас хувцас хувцас хувцас хувцас хувцас хувцас хувцас хувцас хувцас хувцас хувцас хувцас хувцас хувцас хувцас хувцас хувцас хувцас хувцас хувцас хувцас хувца Бид полимер давхаргыг физикээр эвдэх хэрэгтэй. Энэ нь 10-50 кГц-ийн доошгины давтамжтай үед илүү сайн болдог. Эдгээр тохируулгад, нэг цохилт нь илүү хүчтэй байдаг тул материал руу орж болно. 50 кГц-ээс дээш замаар зурсан газар дээр ажиллахад үр ашиг нь эрс буурч, заримдаа бараг хагастай буурдаг. Учир нь ар нэг цохилд бодис, металлын хоорондын хүчтэй холбоонд тулалдахад хангалттай эрчим хүч үлддэггүй. Үүнээс гадна дулаан хэтэрхий их тархсан тул цэвэр бүс хаана дуусч, бохирдол хаана эхэлж байгааг тодорхойлох хэцүү.

Органик үлдэгдэл (фотохимийн давамгайлсан байдал <50 кГц) харьцуулахад Арганик бус давхаргууд (фотомеханик үр ашиг 100300 кГц)

Газаршлын тос, тос зэрэг органик бодисыг ашиглахдаа 50 кГц-ээс доош давтамжтай үед илүү цэвэршдэг. Яагаад вэ? Фотонуудын молекулуудтай харилцах хугацаа нь урт байх нь химийн холбоод электрон идэвхжилтээр дамжин илүү хялбар болгодог. Ургац бус орд, тухайлбал бутлуурны жимс, хүчилтэй окис зэрэг нь өөрөөр ажилладаг. Эдгээр нь гэрэлд механик аргаар хариу үйлдэл үзүүлдэг тул 100-300 кГц хоорондын өндөр давтамж хэрэгтэй. Энэ нь маш энгийн зүйл. Эдгээр давтамжтай харьцах үед хурдацтай халуун, хүйтэн болж, хатуу хуримтлалд жижигхэн сацаг үүсгэдэг. 200 кГц-ийн орчимд бид эдгээр биет бус материалыг арилгахад хамгийн сайн үр дүнг олж байна. Гэхдээ энэ үеэс давсан тохиолдолд үр ашиг бага зэрэг буурдаг. Магадгүй 25 орчим хувь. Ийм учраас лазер цэвэрлэх систем нь үйл ажиллагааны үеэрээ давтамжийг нь тохируулж чаддаг нь олон төрлийн бохирдол нэг хэсэгт байдаг бодит дэлхийн аж үйлдвэрийн орчинд маш чухал юм.

Давтамжийн хяналтаар дэд-дундажийн аюулгүй байдлыг ба сонгомжлолыг тэнцвэрт байлгах

Дулаан-мэдрэмжтэй металлууд (алюминий, хүхэр) дээр 200 кГц-с дээш дулаан хурдмуйн аюул: микроструктур ба СЭМ-ийн нотолгоо

Давтамж 200 кГц-с дээш үүрд, цахилгааныг сайн дамжуулдаг гэтэд халуун тархах хурд нь удаан алюминий ба хүрэл зэрэг металлын хувьд бодит дулааны аюул үүсдэг. Проблем нь төдийгүй тусгай лазер энергийг илүү үр дүнтэй шингээдэг, гэтэд халууныг хангалттай хурдан арилгаж чадахгүй. Үүн дотор импульсүүд хоорондоо ойрхон бүүрд, үлдэгдэл дулаан үүсдэг. Сканирующий электрон микроскопын доорх зүйлсийн судалгаа 250 кГц болон түүнээс дээш давтамжид юу болдогийг харуулдэг. Алюминий хавсралтуудын гранулар хязгаарууд деформацид орж, металл бүүрд локал рекристаллизацид ордог, ялгавар хүчний хүчийг зарим тохиолдолд 15% хүртэл бууруулдог. Хүрэл мөн илүү сайн бүүрд, түүний гадаргуу дээр жижиг трещинууд үүсдэг, оксиджих шинж тэмдэгтүүд илрүүд. Аэрокосмос алюминийн өндөр чанарын хавсралтууд ба электроникт ашиглагддаг тусгай хүрэлд давтамж 150 кГц-с доош байх нь их зүйл үүсдэг. Үүн дотор металлын дотоод бүтцүүд хадгалагддаг, цахилгаан шинж чанарууд хадгалагддаг, деталейн хэмжээ тогтвортой байдаг, нууц гэмтэлүүд бүүрд, ирээдүйд үйлчилгээнд аюул үүсгэхгүй.

Цугтгах давтамжийн хүрээнд сканнерийн ба технологийн параметрүүдийн интеграци

Нэг цэгт орших импульсүүдийн тоо ба сканнерийн хурдны хязгаарлалт: давтамж-хязгаарлагдмүүр хугацаа нь дахин тунадасжих эсвэл хүрэлцэхүйц бүлэгнүүр ариутгахыг саатуулжих

Пульсийн давтамж нь сканированийн үед тодорхой талбай дээр хичнээн лазерийн пульс унаж буйг тодорхойлдог, үүнээс шууд хамаардаг нь нүүрлүүрний хугацаа (dwell time) ба абляционы процессын бүрэн хийгдэх зэрэглэл юм. Хэрэв 200 килогерц дээш давтамж дээр ажилладаг бол нүүрлүүрний хугацаа ихэвчлэн бохирдлыг тохиромжтой ариутгахад шаардагдаж буй хугацаанаас бүртгүүн буурдаг; үүнээс илүү тодорхой ажиглагддаг нь дулааныг сайн дамжуулдаг эсвэл гэрлийг хүчтэй отражируулдаг материалын хувьд. Жишээлбэл, өнгөрсөн жилийн лазерийн абляционы техникт хийгдсэн судалгааны нэг тохиолдол — нүүрлүүрний гурилт төмөр. 2023 онд нийтлэгдсэн үр дүнгүүр, 250 кГц-т ажиллаж буй үед сканированийн хурдыг 200 миллиметр в секунд-нээс 500 мм/с-нээс хүртэл нэмж оргох нь органик үлдэгдлийг ариутгах үр дүнд ойролцоогоор хагасаар буурдаг. Нөгөө талаас, хэт хурдхан сканированийн хурд нь ууршигдсан материал бүртгүүн тархаж, гадаргуу дээр дахин тунадаслан сууж, үүнээс дахин бохирдлоо үүсгэдэг; үүнээс төвөгтэй болж буй нь нүүрлүүрний туяа хоорондоо 80 хувь дээш давхцаж буй үед юм. Цэвэрлүүрний хэрэглээд хамгийн сайн үр дүнд хүрэхийн тулд туршлагатай техникийн ихэнхдүүн нь тодорхой цэг дээр 5–20 пульс унахыг зорилгоор тавьдаг. Операцийн турш үүнээс хамгийн үр дүнтэй завсрын дотор бүх үйлдлийг хадгалж үлдээхийн тулд сканированийн хурд ба давтамжийн хоёр параметрт зэрэгцүүн зохицуулалт хийх шаардлагатай.

Ургацтай/хурцтай/хурцтай давхардсан гурван: үйлдвэрлэлийн импульсын лазер цэвэрлэх машины хэрэглээний практик тохируулалтын хүрээнд

Хамгийн сайн гүйцэтгэл нь дээд урсгалын (J/cm2), импульсын давтамж (Hz) болон тугийн давхардлыг (%) тусдаа бус нэгдсэн системээр тохируулж байх үед л илэрдэг. Өндөр давтамжийн үйл ажиллагаа (≥300 кГц) нь субстратны угаахаас зайлсхийхийн тулд бага давтамжтай үйл ажиллагаа явуулах шаардлагатай бол бага давтамжтай цэвэрлэх (<50 кГц) нь их, хатуу шатахууны хувьд илүү их давтамжтай үйл ажиллагаа явуулдаг. Газар дээр туршилт хийж үзсэн удирдамж нь:

• Хүрх арилгах : 100-150 кГц-ийн 60~80% давхардсан нь хамгийн өндөр үр ашигтай, нэг хэвтэй байдлыг бий болгодог
• Боодол авч хаях : ~30 кГц-ийн 50% давхардсан нь талын дулааны тархалт, хязгаарын шороонжилтыг багасгаж байна

Эдгээр давтамжийн хязгаартай уялдуулан давхардсан спираль сканны загварыг ашиглах нь цэвэрлэгээг хангалтгүй бүсүүдийг арилгаж, нэг параметрээр сайжруулахтай харьцуулахад нийт боловсруулалтын хугацааг 40% хүртэл багасгаж, орчин үеийн үйлдвэрлэлийн импульсын

Түүнчлэн асууж болох асуултууд

Импульсийн нягт юу вэ, яагаад чухал вэ?

Импульсийн нягт нь нэг импульс дотор нэгж талбайд хүртүүлэх энергийн хэмжээ юм. Түүнээс илүү энергия хүртүүлэх нь материалд шүүртүүлэх доод хязгаарыг давах, үндсэн дэд-материалд гэмтэл үүсгэхгүйн тулд чухал.

Лазер цэвэрлэх төхөөрөмжид давтамжийн сонголт яагаад чухал вэ?

Давтамжийн сонголт нь шүүртүүлэхүүн хангалттай энергия хүртүүлэхийг хангаж, илүүдэл дулаан хуримтлуулахыг саатууж, материалын бүтцэд хоосонгүй байхыг хангаж, цэвэрлэх үр дүнг оновчтой хийхийг хангаж.

Өндөр давтамжтай лазер ажиллах нь цэвэрлэх процессыг яаж нөлөөлөх вэ?

Өндөр давтамжтай лазер ажиллах нь оройн нягтийг бууруулах ба дулаан хуримтлуулахыг үүсгэж, үндсэн дэд-материалыг хөөрхөн болгох ба исэлдэлт рискаас үүсгэж мөн болой. Материалд гэмтэл үүсгэхгүйн тулд давтамжийг тэнцвэрт байлгах нь чухал.

Хэрэв лазерийн давтамжийн тохиргоо алюминий юм уу хүрэд хувьд хэт өндөр байвал юу болой?

Дээд давтамжийн нөлөөллөөс алюминий ба хүрэл дээр дулааны гэмтэл үүсч, тархилаг бүтцүүд хувирч, бүтцийн хязгаарууд ивэрхийтүүд болой, материалын хүч чадал буурч, царавчлал ба исэлдэл үүсгэд.