Artikel ini meneroka proses teknologi pembersihan laser dalam konteks pembersihan permukaan logam, termasuk cara kerjanya dan mengapa ia memberikan kelebihan.
Penguatan cahaya melalui pancaran terangsang radiasi (laser) merupakan sumber elektromagnetik yang bersifat monokromatik dan koheren, bergerak dalam garis lurus dengan penyebaran minimum. Pada masa kini, laser digunakan dalam pelbagai aplikasi pemprosesan bahan dalam sektor pembuatan, daripada pembersihan permukaan sehinggalah kepada nanofabrikasi.
Pembersihan laser adalah kaedah pembersihan yang tidak merosakkan dan tanpa sentuhan, membolehkan penyingkiran bahan cemar pada permukaan material secara terkawal menggunakan pancaran laser. Oleh itu, mesin pembersihan laser kini semakin menjadi pilihan utama dalam proses penanggalan dan pembersihan bahan cemar.
Jenis laser yang sesuai serta parameter optimum berbeza mengikut aplikasi pembersihan. Output laser boleh diubah dengan meluas dalam kaedah pembersihan laser, membolehkan pemilihan parameter spesifik mengikut jenis material atau bahan cemar yang ingin disingkirkan.
Pembersihan laser kering dan pembersihan laser basah merupakan dua kaedah utama yang digunakan untuk menanggalkan bahan cemar pada permukaan. Pembersihan laser kering melibatkan pemanasan permukaan pepejal kering dengan laser berdenyut, manakala pembersihan laser basah menggunakan pemanasan laser berdenyut dengan kehadiran lapisan cecair.
Pembersihan laser kering bertukar menjadi pembersihan melalui penyejatan apabila tenaga denyutan laser ditingkatkan. Walaupun teknik ini mudah, kaedah kering kurang berkesan berbanding kaedah basah dan memerlukan intensiti laser yang lebih tinggi. Selain itu, pembersihan laser kering juga boleh menyebabkan kerosakan pada permukaan logam.
Pembersihan laser pada asasnya ialah proses ablasi laser, di mana bahan yang mendap di permukaan atau satu lapisan bahan dibuang menggunakan pancaran laser. Penanggalan karat pada keluli dan bahan lain melalui laser adalah berdasarkan proses ablasi laser.
Namun, ablasi laser hanya berlaku apabila tenaga pancaran laser yang terkena melebihi ambang ablasi bahan tersebut. Setiap bahan mempunyai ambang ablasi tersendiri berdasarkan ikatan molekulnya, dan ambang ini berbeza antara satu bahan dengan bahan lain.
Dengan perbezaan ini, adalah mungkin untuk menanggalkan bahan secara sangat selektif semasa pembersihan laser tanpa merosakkan bahan asas, asalkan jurang antara ambang ablasi kedua-dua bahan cukup besar.
Sebagai contoh, ambang ablasi bagi karat adalah jauh lebih rendah daripada keluli atau aluminium, membolehkan mesin pembersihan laser menghapuskan karat sepenuhnya tanpa mencederakan keluli di bawahnya.
Walaupun kedua-dua proses pembersihan menggunakan pancaran laser berdenyut dan berterusan boleh menanggalkan lapisan bahan dengan berkesan, kelajuan proses bergantung kepada jenis pancaran yang digunakan.
Pancaran laser berdenyut lebih cekap dan menawarkan kelajuan penyingkiran yang lebih tinggi berbanding pancaran berterusan. Selain itu, penggunaan pancaran laser berdenyut juga mengelakkan pemanasan berlebihan pada logam asas.
Pembersihan laser mesra alam, tidak memerlukan bahan guna habis dan tidak menggunakan bahan kimia atau pelarut kerana kaedah ini hanya menggunakan pancaran laser untuk menyejatkan lapisan yang tidak diingini. Selain itu, mesin pembersihan laser direka untuk mematuhi semua piawaian keselamatan, sekaligus tidak menimbulkan risiko kepada pengendali.
Antara kelebihan utama penggunaan teknologi pembersihan laser ialah produktiviti tinggi, tiada kerosakan mekanikal pada permukaan dan kebolehan beroperasi dari jarak jauh. Oleh itu, pembersihan laser kini menjadi kaedah paling selamat untuk penanggalan karat. Namun begitu, kesukaran membezakan antara ambang ablasi substrat dan lapisan bahan cemar merupakan salah satu kekurangan utama teknologi ini.
Laser keadaan pepejal yang dikawal secara robotik, digunakan dalam pembersihan acuan tayar, terbukti mempunyai kelajuan pembersihan yang lebih tinggi berbanding kaedah abrasif konvensional. Begitu juga, laser neodymium: yttrium aluminium garnet (Nd:YAG) baru-baru ini digunakan untuk membersihkan daun rel kereta api. Laser Nd:YAG meningkatkan fleksibiliti proses pembersihan dan lebih boleh dipercayai serta kurang terdedah kepada kegagalan operasi berbanding jenis laser lain.
Permukaan bersaiz besar biasanya dibersihkan menggunakan laser karbon dioksida (CO2) yang diaktifkan secara atmosfera dalam mod berdenyut, dengan output tenaga beberapa kilowatt. Panjang gelombang output 10.6 µm menjadikan laser ini sesuai untuk membersihkan substrat logam kerana logam sangat memantulkan panjang gelombang ini, memastikan hanya bahan cemar organik yang disingkirkan. Namun, pencapaian pengagihan tenaga yang sekata adalah mencabar untuk laser CO2 berkuasa tinggi.
Pembersihan laser biasanya digunakan untuk penanggalan karat dan profil permukaan dalam pembuatan keluli, pembersihan pemasangan anod, penyediaan permukaan logam untuk pelekat, pra-rawatan untuk kimpalan dan bras, penanggalan separa, penyingkiran cat terpilih serta pembersihan kekotoran pada permukaan acuan logam.
Dalam satu kajian yang diterbitkan dalam jurnal MATEC Web of Conferences, para penyelidik menjalankan analisis eksperimen mengenai kesan pelbagai parameter utama laser seperti bilangan lalu lintas dan kelajuan imbasan ke atas kedalaman penyingkiran serta sifat permukaan termasuk profil, kekerasan dan kekasaran selepas pembersihan laser.
Pancaran laser berdenyut yang bergerak digunakan untuk menyinari sampel keluli lembut yang berkarat. Kedalaman penyingkiran meningkat apabila kuasa laser dan bilangan lalu lintas ditingkatkan, dan menurun apabila kelajuan imbasan ditambah. Permukaan mengalami perubahan bentuk dan perubahan warna selepas pembersihan laser pada kuasa tinggi dan kelajuan rendah.
Kekasaran akhir serta profil permukaan selepas pemprosesan laser bergantung pada corak imbasan laser. Oleh itu, nilai kekasaran permukaan bahagian yang dibersihkan dengan laser tidak berkait dengan kekasaran asal sebelum pembersihan.
Selain itu, kekerasan permukaan meningkat dengan ketara selepas rawatan laser. Nilai mikrokekerasan berbeza mengikut laluan imbasan pancaran laser, menunjukkan perubahan mikrostruktur hasil pembersihan laser.
Laluan tunggal pada kelajuan tinggi menghasilkan permukaan yang bersih, manakala lalu lintas berulang menyebabkan perubahan rawak pada topografi permukaan pada kelajuan rendah dan perubahan spesifik pada kelajuan lebih tinggi.
Kesimpulannya, teknologi pembersihan laser bukan konvensional telah muncul sebagai satu kaedah yang mesra alam, ringkas dan merupakan alternatif yang sesuai kepada proses pembersihan konvensional untuk meningkatkan keberkesanan dan kualiti dalam pembersihan permukaan logam.
