การทำความสะอาดด้วยเลเซอร์แบบพัลส์: ทางออกที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและมีประสิทธิภาพสำหรับการผลิตชิ้นส่วนยานยนต์ใหม่

ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมยานยนต์ การผลิตชิ้นส่วนที่มีมูลค่าสูงใหม่จากรถยนต์ที่หมดอายุการใช้งาน ได้กลายเป็นขั้นตอนสำคัญในการรีไซเคิลทรัพยากร โดยเฉพาะชิ้นส่วนหลักของรถยนต์ เช่น ระบบเกียร์ โดยเฉพาะองค์ประกอบอย่างตัวแปลงแรงบิดและปั๊มน้ำมันเครื่อง มักเกิดสิ่งปนเปื้อนบนพื้นผิว เช่น คราบสนิมและชั้นออกไซด์ ซึ่งประสิทธิภาพในการทำความสะอาดมีผลโดยตรงต่อคุณภาพของการผลิตใหม่ วิธีการทำความสะอาดแบบดั้งเดิม เช่น การขัดด้วยเครื่องจักรและการทำความสะอาดด้วยสารเคมี มีข้อเสีย เช่น ก่อให้เกิดความเสียหายต่อวัสดุพื้นฐาน มลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม และประสิทธิภาพต่ำ การทำความสะอาดด้วยเลเซอร์แบบพัลส์ ซึ่งอาศัยข้อได้เปรียบในด้านความเสียหายต่ำ ปลอดภัยต่อสิ่งแวดล้อม ความแม่นยำ และประสิทธิภาพสูง กำลังกลายเป็นเทคโนโลยีที่ได้รับความนิยมในวงการการผลิตชิ้นส่วนยานยนต์ใหม่ และนำเสนอแนวทางใหม่สำหรับการยกระดับอุตสาหกรรม

ประสิทธิภาพของการทำความสะอาดด้วยเลเซอร์แบบพัลส์ขึ้นอยู่กับการจัดชุดพารามิเตอร์กระบวนการหลักอย่างเหมาะสม เช่น พลังงานเฉลี่ย ความถี่การซ้ำ ความเร็วในการสแกน และจำนวนครั้งในการทำความสะอาด ซึ่งจำเป็นต้องมีการปรับแต่งให้เหมาะสมกับชิ้นส่วนแต่ละประเภท สำหรับชิ้นส่วนส่งกำลังสำคัญ ชุดพารามิเตอร์ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับตัวเรือนคอนเวอร์เตอร์แรงบิดคือ พลังงานเฉลี่ย 45 วัตต์ และความถี่การซ้ำ 30 กิโลเฮิรตซ์ เพื่อให้มั่นใจว่าสามารถกำจัดชั้นเคลือบออกได้อย่างสมบูรณ์และเผยผิวฐานเป็นสีเงินขาว ในทางกลับกัน ตัวเรือนปั๊มน้ำมันจะเหมาะกับพารามิเตอร์ที่พลังงานเฉลี่ย 30 วัตต์ จำนวนรอบการทำความสะอาด 10 รอบ และความเร็วในการสแกน 1500 มม./วินาที ซึ่งช่วยให้สามารถกำจัดชั้นออกไซด์ได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยไม่กระทบต่อสมรรถนะของผิวฐาน

ลำดับความสำคัญของพารามิเตอร์เหล่านี้มีความแตกต่างกัน: สำหรับที่หุ้มคอนเวอร์เตอร์แรงบิด ค่ากำลังเฉลี่ยมีผลมากกว่าความถี่ในการทำซ้ำ; สำหรับที่หุ้มปั๊มน้ำมัน ประสิทธิภาพการทำความสะอาดจะขึ้นอยู่กับค่ากำลังเฉลี่ยเป็นหลัก ตามด้วยจำนวนครั้งในการทำความสะอาดและความเร็วในการสแกน การปรับแต่งชุดพารามิเตอร์ผ่านการทดลองแบบออร์โธโกนอลสามารถทำให้อัตราการกำจัดสิ่งปนเปื้อนเกือบ 100% และปริมาณออกซิเจนบนพื้นผิวใกล้ศูนย์ ซึ่งเป็นรากฐานที่มั่นคงสำหรับกระบวนการผลิตใหม่ในขั้นตอนถัดไป นอกจากนี้ ความหนาแน่นพลังงานของเลเซอร์แบบพัลส์จำเป็นต้องควบคุมอย่างเข้มงวดระหว่างค่าเกณฑ์การทำความสะอาดและค่าเกณฑ์ความเสียหาย ตัวอย่างเช่น ค่าเกณฑ์การทำความสะอาดของที่หุ้มคอนเวอร์เตอร์แรงบิดคือ 5.10 J/cm² และค่าเกณฑ์ความเสียหายคือ 40.56 J/cm² การควบคุมช่วงพลังงานอย่างแม่นยำจึงมีความสำคัญต่อการทำความสะอาดที่ปลอดภัยและมีประสิทธิภาพ

กลไกหลักของการทำความสะอาดด้วยเลเซอร์แบบพัลส์อยู่ที่การมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างเลเซอร์กับวัสดุ ซึ่งแสดงลักษณะหลายขั้นตอนที่แตกต่างกันไปตามความหนาแน่นของพลังงาน เมื่อความหนาแน่นของพลังงานอยู่ในช่วง 4.59-5.10 จูล/ตารางเซนติเมตร พลังงานเลเซอร์จะทำให้เกิดการเคลื่อนตัวเล็กน้อยบนพื้นผิวของสิ่งปนเปื้อน ทำให้พื้นผิวเรียบขึ้น เมื่อความหนาแน่นของพลังงานเพิ่มขึ้นถึง 5.10-15.59 จูล/ตารางเซนติเมตร ลำแสงเลเซอร์จะรบกวนพื้นผิวจนเกิดโครงสร้างลอนคลื่น ทำให้เกิดการหลอมเหลวแบบไม่เรียบ เมื่อความหนาแน่นของพลังงานเกิน 15.59 จูล/ตารางเซนติเมตร สิ่งปนเปื้อนจะเกิดการเปลี่ยนเฟสแบบต่อเนื่องจากหลอมเหลวไปเป็นระเหย พร้อมกับปรากฏการณ์การกัดกร่อนด้วยความร้อน เกิดพลาสมาเมื่อความหนาแน่นของพลังงานถึง 25.5 จูล/ตารางเซนติเมตร ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการทำความสะอาดมากยิ่งขึ้น และเมื่อความหนาแน่นของพลังงานสูงถึง 50.95 จูล/ตารางเซนติเมตร จะเกิดการระเบิดของเฟส (phase explosion) ทำให้สิ่งปนเปื้อนหลุดออกอย่างรุนแรง

ในการทำความสะอาดชิ้นส่วนยานยนต์ กลไกนี้สามารถปรับตัวได้อย่างแม่นยำตามลักษณะของสิ่งปนเปื้อนที่แตกต่างกัน: สำหรับสารเคลือบตัวทำละลายสนิม การหลอมเหลวและกลายเป็นไอที่ความหนาแน่นพลังงานต่ำเพียงพอต่อการกำจัด; สำหรับชั้นออกไซด์ที่หนามากขึ้น ให้เพิ่มความหนาแน่นพลังงานเพื่อใช้ผลการระเบิดจากเปลี่ยนสถานะและผลพลาสมา เพื่อให้เกิดการทำความสะอาดอย่างทั่วถึง กระบวนการทั้งหมดไม่ทิ้งสิ่งปนเปื้อนตกค้างหรือมลภาวะรอง ซึ่งสอดคล้องอย่างสมบูรณ์กับแนวคิดการผลิตใหม่อย่างยั่งยืน

ปัจจุบัน การทำความสะอาดด้วยเลเซอร์แบบพัลส์ได้ถูกนำไปใช้จริงในการผลิตชิ้นส่วนระบบเกียร์รถยนต์ใหม่ ชิ้นส่วนที่ผ่านกระบวนการขจัดคราบอย่างเหมาะสมจะมีพื้นผิวไมโครที่เรียบและปริมาณออกซิเจนบนพื้นผิวลดลงอย่างมาก ซึ่งสามารถตอบสนองข้อกำหนดสำหรับการผลิตใหม่ได้อย่างครบถ้วน ด้วยความก้าวหน้าของเทคโนโลยี อุปกรณ์ทำความสะอาดด้วยเลเซอร์แบบพัลส์กำลังพัฒนาไปในทิศทางที่มีความคล่องตัวและเป็นอัตโนมัติมากขึ้น สามารถเชื่อมต่อกับหุ่นยนต์อุตสาหกรรมเพื่อให้การทำความสะอาดชิ้นส่วนเป็นไปอย่างครอบคลุมและมีประสิทธิภาพ รองรับความต้องการในการผลิตจำนวนมาก

ในอนาคต การผสานรวมอย่างลึกซึ้งระหว่างเทคโนโลยีการจำลองเชิงตัวเลขและการวิจัยเชิงทดลองจะทำให้การทำความสะอาดด้วยเลเซอร์แบบพัลส์สามารถควบคุมพารามิเตอร์ได้อย่างแม่นยำมากขึ้น และจะมีแผนกระบวนการเฉพาะบุคคลสำหรับวัสดุและสารปนเปื้อนที่แตกต่างกันเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง ในขณะเดียวกัน ต้นทุนอุปกรณ์และเกณฑ์การดำเนินงานที่ลดลงอย่างค่อยเป็นค่อยไปจะส่งเสริมการแพร่หลายของเทคโนโลยีนี้ในสถานการณ์การผลิตชิ้นส่วนรถยนต์ใหม่มากขึ้น ซึ่งจะช่วยเพิ่มแรงผลักดันอย่างต่อเนื่องให้กับการพัฒนาสีเขียวและเศรษฐกิจหมุนเวียนของอุตสาหกรรมยานยนต์