Medienos valymas lazeriu: pritaikymas, privalumai ir naudojimas pramonėje

Pasaulinei gamybai vis labiau reikalaujant aplinkos apsaugos, efektyvumo ir tikslumo, valymas lazeriu-revoliucinis bekontaktis, neteršiantis-aukšto-tikslios paviršiaus apdorojimo technologijos-atneša ekologišką revoliuciją tradicinėje medienos gaminių pramonėje.

Tyrimai parodė, kad tiksliai valdant lazerio parametrus (pvz., bangos ilgį, galią ir impulso plotį), valymas lazeriu gali veiksmingai pašalinti teršalus nuo medienos paviršių -įskaitant dažus, klijus, nešvarumus ir pelėsius-, nepažeidžiant pagrindinio medienos pagrindo. Jis ypač tinka subtiliems mediniams paviršiams, sudėtingiems raižiniams ir istorinių artefaktų restauravimui. Be to, paviršiaus apdorojimas lazeriu gali pakeisti medienos paviršių spalvą, pagerinti paviršiaus drėkinimą, pagerinti dangos medžiagos veikimą ir padidinti atsparumą korozijai bei pelėsiui.

Istorinės medienos restauravimas lazeriu

Žvelgiant į ateitį, integruojant pažangias technologijas, tokias kaip spindulių formavimas, prisitaikantis fokusavimas ir stebėjimas realiu laiku,{0}}bei palaipsniui mažėjančios įrangos sąnaudos, valymo lazeriu technologija yra pasirengusi atlikti vis svarbesnį vaidmenį aukščiausios klasės baldų gamyboje, istorinių pastatų restauravime ir medienos gaminių gamyboje, tapdama pagrindiniu varikliu, skatinančiu pramonės transformaciją ir stabilumą.

Tradicinio medienos valymo apribojimai:

Medienos gaminių pramonė apima platų pritaikymo spektrą – nuo ​​baldų gamybos ir architektūrinio dekoravimo iki amatinio drožybos, kur paviršių valymas gamybos metu yra itin svarbus. Tradiciniai valymo būdai-, pvz., mechaninis šlifavimas, valymas cheminiais tirpikliais ir plovimas aukštu-vandens slėgiu-, dažniausiai susiduria su daugybe apribojimų. Šie metodai paprastai reikalauja eksploatacinių medžiagų (pvz., abrazyvų, cheminių reagentų), susidaro antrinės atliekos, padidėja apdorojimo sąnaudos ir juos sunku automatizuoti. Jie taip pat apima didelį darbo intensyvumą ir kovą, kad būtų užtikrinta pastovi valymo kokybė.

Kaip besiformuojanti paviršiaus apdorojimo technologija, valymas lazeriu suteikia unikalių pranašumų, kurie suteikia visiškai naują techninį sprendimą sprendžiant minėtus medienos gaminių pramonės iššūkius. Lazerinės valymo mašinos naudoja didelės-energijos impulsinius lazerius, kad apšvitintų medienos paviršius, akimirksniu išgarindami arba pašalindami nešvarumus, dažus ar oksido sluoksnius, o substratas nepažeistas.

Pagrindiniai valymo lazeriu privalumai:

1. Tikslus valdymas: lazerio taško skersmenį galima reguliuoti iki 0,1–5 mm, todėl jis tinka lokaliai apdoroti medieną su sudėtingais grūdų raštais.

2. Draugiškumas aplinkai: nenaudojami jokie cheminiai tirpikliai, mažinantys LOJ emisijas ir atitinkantys ES REACH aplinkosaugos standartus.

3. Efektyvumo palyginimas: Eksperimentai rodo, kad 1 m² senų dažų nuvalymas nuo medienos užtrunka tik 3–5 minutes, o tai pagerina efektyvumą 50 %, palyginti su mechaniniu šlifavimu.

Valymo lazeriu mechanizmas:

Fototerminis efektas (abliacija): kai teršalai sugeria didelės{0}energijos lazerio spindulius, jų temperatūra per itin trumpą laiką (nanosekundėmis ar net pikosekundėmis) smarkiai pakyla ir viršija garavimo ar virimo temperatūrą. Tai sukelia momentinį išgaravimą arba terminį plėtimąsi, todėl teršalai gali būti pašalinti iš pagrindo paviršiaus smūginių bangų pavidalu. Šis mechanizmas ypač efektyvus šalinant dažus, klijų likučius ir didelį purvą nuo medinių paviršių.

Fotocheminis poveikis: tam tikriems konkretiems teršalams naudojant trumpo -bangos ilgio lazerius, pvz., ultravioletinę (UV) šviesą, jų didelė vieno-fotono energija gali tiesiogiai nutraukti teršalų cheminius ryšius, suskaidant juos į lakias mažų molekulių medžiagas, ir taip pasiekiama ne-terminė "kola". Šis metodas sukuria minimalų šiluminį poveikį ir yra labai tinkamas karščiui -jautriems medienos paviršiams ir brangioms kultūros reliktams apdoroti.

Valymo lazeriu efektyvumą lemia ne vienas veiksnys, o veikiau sinergetinė kelių parametrų, tokių kaip bangos ilgis, galia, impulso trukmė ir skenavimo greitis, sąveika. Tinkamo medienos gaminių parametrų derinio parinkimas yra pagrindinis techninis iššūkis siekiant efektyvaus, nekenksmingo{1}}valymo. Lazerio šaltinio pasirinkimas lemia bangos ilgį.

Nd:YAG lazeris (1064 nm): šiuo metu tai yra plačiausiai naudojamas tipas, gerai sugeriantis įvairius teršalus, tokius kaip dažai, rūdys ir alyvos dėmės, o į medieną prasiskverbia gana negiliai. Įrodyta, kad jis veiksmingas valant jautrias medžiagas, įskaitant medieną.

Lazerinė valymo mašina medienos pramonei

CO₂ lazeris: Mediena pasižymi labai dideliu šio bangos ilgio absorbcija, todėl ji pirmiausia tinka medienai pjauti ir graviruoti. Naudodami jį valymo reikmėms, turite būti ypač atsargūs, nes gali lengvai nudegti substratas.

Ultravioletinis (UV) lazeris: Naudoja fotocheminį efektą, kad būtų atliktas „šaltasis apdorojimas“, sukuriantis minimalų šiluminį poveikį. Teoriškai jis puikiai tinka itin vertingiems ir karščiui{1}}jautriems mediniams dirbiniams apdoroti, nors įrangos kaina didesnė.

Galios ir energijos tankis: Per didelis energijos tankis gali sukelti medienos paviršiaus apanglėjimą, spalvos pasikeitimą ar net sudegimą. Tyrimai aiškiai rodo, kad naudojant 1064 nm lazerį medienos gaminiams valyti, energijos tankis turi būti griežtai kontroliuojamas žemiau 1,5 J/cm², kad būtų išvengta mikroskopinių medienos pažeidimų.

Impulso trukmė: kuo trumpesnė impulso trukmė (pvz., nanosekundės ns, pikosekundės ps), tuo labiau koncentruota lazerio energija veikia paviršių, todėl mažiau šilumos pasklinda į substratą-, o tai reiškia, kad šiluminė{3}}paveikta zona yra mažesnė. Šilumai-jautriai medienai trumpo-impulso arba itin-trumpo-impulso lazeriai yra labai svarbūs norint pasiekti tikslų, nepavojingą valymą.

Nuskaitymo greitis ir pasikartojimo dažnis: šie du parametrai kartu lemia valymo efektyvumą ir šilumos kaupimosi poveikį. Jei nuskaitymo greitis per lėtas arba kartojimosi dažnis per didelis, lazeris gali pakartotinai veikti tą pačią vietą ir lengvai sudeginti medieną. Priešingai, tai gali lemti nepilną valymą.

Išnaudodamas savo technologinius pranašumus, valymas lazeriu demonstruoja didžiulį pritaikymo potencialą keliuose medienos gaminių pramonės segmentuose. Pagrindiniai taikymo scenarijai apima:

1. Aukštos kokybės baldų gamyba ir apdaila: baldų gamyboje lazeriai gali būti naudojami norint tiksliai pašalinti klijų perteklių, kuris išteka po kraštų apklijavimo, iš anksto{2}}apdoroti MDF plokščių kraštus, kad pagerintumėte dangos sukibimą, arba nuimti dažų sluoksnius nuo senovinių baldų restauravimui. Jų ne-abrazyvinis pobūdis išsaugo aukštos-vertės medienos substratą. Lazeriai efektyviai pašalina paviršiaus teršalus, tokius kaip derva ir pelėsiai iš medienos, žymiai pagerindami vėlesnį dažų sukibimą. Pavyzdžiui, po apdorojimo lazeriu pušies medienos dažų sukibimas pagerėjo nuo 2 iki 4 klasės pagal ASTM D3359 standartą.

2. Istorinis pastatas ir medinių dirbinių restauravimas: tai viena vertingiausių{1}}lazerinių valymo technologijų taikymo sričių. Sudėtingiems raižiniams ir dekoratyviniams lipdiniams su sudėtingais reljefo raštais tradiciniai įrankiai yra sunkiai prieinami ir lengvai sugadinami. Valymas lazeriu gali selektyviai pašalinti oksidacijos sluoksnius nepažeidžiant originalios medienos grūdelių. Vokietijos Fraunhoferio instituto atvejų tyrimai rodo, kad 20 W skaidulinis lazeris, veikiantis 0,1 mm/s greičiu, gali pašalinti 90 % pelėsių dėmių nuo pušies paviršių; tačiau tankesnės ąžuolo medienos galia turi būti padidinta iki 40W. 1064 nm bangos ilgio lazeris pasiekia 0,05 mm ąžuolo valymo gylio tikslumą.

3. Medinių formų valymas: atliekant tokius procesus kaip medienos termoformavimas, formose dažnai lieka dervos ir klijų likučiai. Valymas lazeriu leidžia greitai ir efektyviai išvalyti pelėsius, taip padidinant gamybos efektyvumą ir gaminio kokybę.