Limpieza con láser

Comprensión de los principios y aplicaciones de la tecnología de limpieza láser

Comprensión de los principios y aplicaciones de la tecnología de limpieza láser | Laserchina

Descubra el revolucionario mundo de la tecnología de limpieza láser con esta guía completa. Conozca los principios, tipos y diversas aplicaciones de este método de limpieza de alta precisión que está cambiando la industria.

Introducción a los Limpieza con láser Tecnología

La llegada de la tecnología de limpieza láser representa un salto revolucionario en el campo de los métodos de limpieza. Esta técnica innovadora aprovecha la alta densidad de energía, la precisión y la conductividad eficiente de los láseres, ofreciendo claras ventajas sobre los métodos de limpieza tradicionales en términos de eficiencia, precisión y capacidad de limpiar ubicaciones específicas. Uno de sus beneficios más importantes es evitar la contaminación ambiental típicamente asociada con los métodos de limpieza química, sin causar daños al sustrato.

El principio de la limpieza con láser

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La limpieza con láser implica la eliminación de materiales de superficies sólidas (o, a veces, líquidas) exponiéndolas a un rayo láser. Con fluencias láser bajas, la energía láser absorbida calienta y evapora o sublima el material. Con altas fluencias, el material a menudo se convierte en plasma. Normalmente, la limpieza con láser se refiere a aplicaciones de láser pulsado para la eliminación de material, pero con suficiente intensidad, los rayos láser de onda continua también pueden eliminar el material. Los láseres excimer que operan en el ultravioleta profundo se utilizan principalmente para la fotoablación, con longitudes de onda de alrededor de 200 nm. La profundidad de la absorción de energía del láser y la cantidad de material eliminado por un solo pulso láser dependen de las propiedades ópticas del material, así como de la longitud de onda y la duración del pulso del láser. La masa total ablacionada por cada pulso, comúnmente denominada tasa de ablación, está significativamente influenciada por las características del láser, como la velocidad de escaneo del haz y la superposición de las líneas de escaneo.

Tipos de tecnología de limpieza láser

  • Limpieza con láser en seco: este método implica la irradiación láser pulsada directa sobre la pieza de trabajo, lo que hace que el sustrato o los contaminantes de la superficie absorban energía y aumenten la temperatura, lo que provoca una expansión térmica o vibración del sustrato, lo que lleva a su separación. Esto puede ocurrir de dos maneras: los contaminantes de la superficie se expanden tras la absorción del láser o el sustrato vibra debido al calor inducido por el láser.
  • Limpieza con láser húmedo: antes de la irradiación con láser pulsado, se aplica una película líquida a la superficie de la pieza de trabajo. El rápido aumento de temperatura de la película líquida bajo la influencia del láser hace que se vaporice, creando una onda de choque que impacta las partículas contaminantes y las desaloja del sustrato. Este método requiere que el sustrato y la película líquida no reaccionen, lo que limita la gama de materiales aplicables.
  • Limpieza por ondas de choque de plasma inducida por láser: se genera una onda de choque de plasma esférica cuando el rayo láser ioniza el aire durante la irradiación. La onda de choque impacta la superficie de la pieza a limpiar, liberando energía que elimina los contaminantes sin afectar el sustrato. Esta técnica puede limpiar partículas contaminantes de hasta decenas de nanómetros de diámetro y no está limitada por la longitud de onda del láser.

Los principios físicos de la limpieza con plasma se pueden resumir de la siguiente manera:

  1.  El rayo láser emitido por el láser es absorbido por la capa contaminante de la superficie a tratar.
  2.  La alta absorción de energía crea plasma en rápida expansión (un gas altamente ionizado e inestable), generando una onda de choque.
  3.  La onda de choque fragmenta los contaminantes, que luego son expulsados.
  4.  El ancho de pulso de la luz debe ser lo suficientemente corto para evitar una acumulación térmica que podría dañar la superficie tratada.
    e) Los experimentos muestran que cuando hay óxidos sobre una superficie metálica, el plasma se forma en la interfaz del metal.

El plasma solo se genera cuando la densidad de energía excede un umbral, que depende del contaminante o de la capa de óxido que se elimina. Este efecto de umbral es esencial para una limpieza eficaz y al mismo tiempo garantizar la seguridad del material del sustrato. Existe un segundo umbral para la formación de plasma; excederlo podría dañar el sustrato. Para garantizar una limpieza eficaz sin dañar el sustrato, los parámetros del láser deben ajustarse de modo que la densidad de energía del pulso esté estrictamente entre los dos umbrales.

Inicialmente, estos tres tipos de tecnologías de limpieza láser se desarrollaron para limpiar partículas microscópicas de obleas semiconductoras y surgieron junto con el avance de la tecnología de semiconductores. Sin embargo, desde entonces la limpieza con láser se ha aplicado en otros campos, como la limpieza de moldes de neumáticos, la eliminación de pintura de los revestimientos de los aviones y la restauración de superficies de reliquias culturales.

Aplicaciones de la tecnología de limpieza láser

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Campo de semiconductores

La limpieza de obleas semiconductoras y sustratos ópticos implica procesos similares: dar forma a las materias primas mediante corte, molienda y otros métodos. Durante estos procesos se introducen partículas contaminantes que son difíciles de eliminar y suponen un grave riesgo de recontaminación. Los contaminantes en la superficie de las obleas semiconductoras pueden afectar la calidad de la impresión de las placas de circuito y acortar la vida útil de los chips semiconductores. Los contaminantes en los sustratos ópticos pueden afectar la calidad de los dispositivos y recubrimientos ópticos, lo que podría provocar una distribución desigual de la energía y una vida útil reducida.

Debido a que la limpieza con láser en seco puede dañar fácilmente el sustrato, su uso en la limpieza de obleas semiconductoras y sustratos ópticos es limitado. La limpieza con láser húmedo y la limpieza con ondas de choque de plasma inducidas por láser se han aplicado con más éxito en este campo.

Campo de material metálico

La limpieza de superficies de materiales metálicos implica contaminantes en el rango macroscópico, a diferencia de los microscópicos que se encuentran en las obleas semiconductoras y los sustratos ópticos. Los contaminantes en las superficies metálicas generalmente incluyen capas de óxido (óxido), capas de pintura, revestimientos y otras adherencias, que pueden ser orgánicas (pintura, revestimientos) o inorgánicas (óxido).

La limpieza de contaminantes en las superficies metálicas sirve principalmente para prepararlos para su posterior procesamiento o uso. Por ejemplo, antes de soldar piezas de aleación de titanio, es necesario eliminar una capa de óxido de aproximadamente 10 μm de espesor, o al revisar un avión, eliminar la capa de pintura original del revestimiento para repintar. La limpieza regular de los moldes de neumáticos de caucho para eliminar las partículas de caucho adheridas también es esencial para mantener la limpieza de la superficie, lo que garantiza la calidad de los neumáticos producidos y la vida útil de los moldes. Dado que el umbral de daño de los materiales metálicos es mayor que el umbral de limpieza con láser para los contaminantes de su superficie, seleccionar una máquina de limpieza con láser con la potencia adecuada puede lograr buenos resultados, y esto se ha aplicado con éxito en varios campos.

La tecnología de limpieza láser es una técnica avanzada con amplias perspectivas de investigación y aplicación en campos de alto nivel como el aeroespacial, el equipo militar y la electrónica. Sus aplicaciones se están ampliando gracias a su eficiencia, respeto al medio ambiente y resultados de limpieza efectivos. La tecnología no sólo ha sido bien establecida para eliminación de pintura y eliminación de óxido, pero también se ha utilizado en los últimos años para limpiar las capas de óxido de alambres metálicos. La expansión de las aplicaciones actuales y la exploración de nuevos campos sientan las bases para el desarrollo de la tecnología de limpieza láser. Continúa el desarrollo y diversificación de nuevos equipos de limpieza láser, incluidas máquinas que cubren múltiples aplicaciones y aquellas diseñadas para fines específicos. La integración futura con robots industriales para lograr una limpieza láser totalmente automatizada también es una dirección prometedora.

Tendencias en el desarrollo de la tecnología de limpieza láser

  • Fortalecer la investigación teórica en limpieza láser para orientar su aplicación. Una revisión de una extensa literatura revela que no existe un sistema teórico maduro que respalde la tecnología de limpieza por láser, y que la mayoría de las investigaciones son experimentales. Establecer un sistema teórico es fundamental para una mayor maduración de la tecnología de limpieza por láser.
  • Ampliar las aplicaciones en campos existentes y explorar otros nuevos. La tecnología de limpieza láser ha madurado en aplicaciones como la eliminación de pintura y la eliminación de óxido, y informes recientes han destacado su uso en la limpieza de las capas de óxido de los alambres metálicos. El crecimiento de sus aplicaciones tanto en áreas existentes como en campos nuevos es un terreno fértil para el desarrollo de la tecnología.
  • El desarrollo de nuevas máquinas de limpieza láser. Es probable que los equipos futuros se diversifiquen, con algunas máquinas que cubran varias aplicaciones, como una sola máquina capaz de quitar pintura y óxido, y otras diseñadas para tareas específicas, que tal vez requieran plantillas personalizadas o fibra óptica para limpiar contaminantes en espacios pequeños. Colaborar con robots industriales para lograr una limpieza láser totalmente automatizada es otra dirección de aplicación candente.

Conclusión

La tecnología de limpieza láser, representada por la máquina de limpieza láser, es un ejemplo brillante de innovación moderna y ofrece una variedad de beneficios que los métodos de limpieza tradicionales no pueden igualar. Con el desarrollo continuo de nuevos equipos de limpieza láser y la expansión de sus aplicaciones a nuevos sectores, el futuro de los procesos de limpieza parece prometedor. Como LASER CHINA Si los ingenieros continúan siendo pioneros en este campo, podemos esperar que la limpieza con láser se convierta en un elemento básico en las industrias de alta precisión, estableciendo un nuevo estándar de limpieza, eficiencia y responsabilidad ambiental.

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