यंत्रभागांची लेझरद्वारा स्वच्छता

धातूंच्या पृष्ठभागावरून संदूषक (क्वांटॅमिनंट) आणि इतर अनावश्यक पदार्थ काढून टाकणे म्हणजे पृष्ठभागांची सफाई करणे होय. जगभरातील बऱ्याच उद्योगांमध्ये पृष्ठभाग साफ करण्यासाठी विविध पद्धती वापरल्या जातात. या लेखात आम्ही एका तुलनेने अप्रचलित पद्धतीची माहिती देत आहोत, ज्याला लेझरद्वारा स्वच्छता (लेझर क्लीनिंग) असे म्हटले जाते. या अतिशय कार्यक्षम पद्धतीचे काही विशेष फायदे आहेत.

धातूच्या स्वच्छतेसाठी वापरल्या जाणाऱ्या पारंपरिक पद्धती
धातूच्या स्वच्छतेच्या कामासाठी वापरल्या जाणाऱ्या प्रक्रियांची यादी वैविध्यपूर्ण आहे, उदाहरणार्थ,
• यांत्रिकी पद्धत : अपघर्षक ब्लास्टिंग, वायर ब्रशिंग, टंबलिंग
• द्रावकाद्वारे स्वच्छता आणि वाफेद्वारे ग्रीस काढणे.
• ॲसिड पिकलिंग, इलेक्ट्रोलाइटद्वारे पॉलिश करणे आणि अल्कलीद्वारा गंज काढणे.
• अल्कधर्मी द्रवाद्वारा स्वच्छता
• इमल्शनद्वारा स्वच्छता

पारंपरिक पद्धतीचे तोटे
• या पद्धतींमध्ये धातूचे पुष्कळ प्रमाणात क्षरण होते. त्यामुळे वातावरणात प्रदूषण होते आणि मूळ धातूचे नुकसान होते.
• काही प्रकारचे संदूषक पृष्ठभागावरून काढून टाकणे अतिशय अवघड असते. त्यांच्यासाठी पारंपरिक पद्धत वापरणे वेळखाऊ असते. कधीकधी रासायनिक पदार्थ वापरणे धोकादायक असू शकते, कारण त्यामुळे पृष्ठभागांवर वेगळेच रासायनिक संदूषक चिकटू शकतात, जे कामगार आणि ग्राहक दोन्हींसाठी धोकादायक असू शकते.

यांत्रिकी पद्धत
• मनुष्यबळावर अवलंबून असते.
• मटेरियल कमकुवत होण्याची शक्यता असते.
• काही अपघर्षक किंवा संदूषक पृष्ठभागावर अडकलेले राहू शकतात.

इलेक्ट्रोलाइट पद्धत
• उच्च प्रमाणात ऊर्जा आवश्यक असते.
• विजेच्या उत्पादनासाठी वापरलेल्या इंधनामुळे (कोळसा, डिझेल) पर्यावरणाला हानी पोहोचू शकते.
• यातून मोठ्या प्रमाणावर हानीकारक सांडपाणी (एफ्लुएंट) निर्माण होते.

रासायनिक पद्धत
• कोकसारखे उदासीन (इनर्ट) मटेरियल काढता येत नाही.
• अयोग्य कार्यपद्धती वापरल्यास गंभीर नुकसान होऊ शकते.
• कुशल कामगार आवश्यक असतात.
लेझरद्वारा केली जाणारी स्वच्छता (याला अॅब्लेटिंग असेही म्हणतात.) आजकाल लेझर उद्योगाचे लक्ष वेधून घेत आहे. या प्रक्रियेमध्ये लेझरचा झोत (बीम) लेपनावर (कोटिंग) पडतो आणि त्यामुळे धूळ किंवा गंजाच्या थरातील आण्विक बंध (मॉलिक्युलर बाँड) तुटतात. त्यामुळे धूळ आणि गंज मूळ धातूपासून बाहेर फेकले जातात. या प्रक्रियेला 'लेझर अॅब्लेशन' म्हणतात. थोडक्यात असे म्हटले जाऊ शकते की, जो थर मूळ धातूपासून बाजूला काढायचा असतो, फक्त त्याचेच लेझरच्या झोताद्वारे बाष्पीभवन होते.
लेझरद्वारा स्वच्छतेमध्ये दोन प्रकारच्या संदूषकांवर प्रक्रिया केली जाते.
1. पहिल्या प्रकारामध्ये, जो थर काढून टाकायचा असतो, त्याची रासायनिक आणि भौतिक रचना मूळ धातूच्या पृष्ठभागापेक्षा बरीच वेगळी असते. उदाहरणार्थ, रंग, रबर कोटिंग आणि इन्सुलेशन.
2. दुसऱ्या प्रकारामध्ये, ज्या अशुद्धी किंवा संदूषक काढून टाकायचे असतात, ते पृष्ठभागात खोलवर रुतलेले (एम्बेडेड) असतात. त्यांना काढण्यासाठी वरचा संपूर्ण थर प्रत्यक्षात काढून टाकावा लागतो. यासाठी लेझरद्वारा पृष्ठीय निर्दूषण (डी-कंटॅमिनेशन) करावे लागते. उदाहरणार्थ, किरणोत्सर्गी काँक्रीटचा थर काढण्यासाठी लेझर स्क्रॅबलिंगचा वापर.
लेझरद्वारा स्वच्छता केल्याने गंज काढून टाकण्याच्या आणि इतर औद्योगिक साफसफाईच्या कामात येणाऱ्या अडचणींवर मात करता येते. कोणती विशिष्ट अशुद्धी काढायची आहे, ते निवडले की लेझर अनेक उद्योगांसाठी एक वेगवान तसेच 'सेट करा आणि विसरून जा' अशी उपाययोजना देऊ करतो.

• लेझरद्वारा स्वच्छता करण्यात पारंपरिक पद्धतींप्रमाणे रासायनिक पदार्थ आणि स्वच्छता द्रावण वापरले जात नसल्यामुळे, ते पर्यावरणास अनुकूल मानले जाते.
• पारंपरिक साफसफाईच्या पद्धतीत प्रत्यक्ष स्पर्श होत असल्यामुळे स्वच्छ केल्या जाणाऱ्या वस्तूला हानी पोहोचू शकते. नीट स्पर्श झाला नाही, तर योग्य स्वच्छताही होत नाही. या उलट, लेझरद्वारा स्पर्शविरहित स्वच्छता होते.
• वस्तूच्या कोणत्याही भागात लेझर पोहोचू शकतो, जे पारंपरिक पद्धतींद्वारे शक्य नाही. धोकादायक किंवा अडचणीच्या जागी लेझर वापरणे, हे कर्मचाऱ्यांच्या सुरक्षिततेच्या दृष्टीने हितावह असते.
• लेझरद्वारा स्वच्छता केल्याने पारंपरिक पद्धतीने साध्य करता येत नाही, अशा दर्जाची स्वच्छता मिळते आणि पृष्ठभागावरील विविध अशुद्धता दूर होतात.
• एअरोस्पेस आणि जहाज निर्मिती यासारख्या अवजड उद्योगांमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या पारंपरिक अपघर्षक आणि रासायनिक प्रक्रियांसाठी लेझरद्वारा स्वच्छता हा एक चांगला पर्याय आहे. लेझर उपाययोजनेचा वापर करून लेप काढण्याची प्रक्रिया किफायतशीर बनविली जाऊ शकते.
• ही प्रक्रिया बहुतेक सर्व धातू आणि अधातू पृष्ठभागांवर वापरता येऊ शकते.

प्रक्रिया
पूर्वी, लिंकन लेझर कंपनी डायमंड पॉलिश केलेले बहुभुज (पॉलीगॉन) आरसे निर्माण करायची. कोनांच्या विविध श्रेणींमध्ये लेझरचा झोत हवा तसा वळविण्यासाठी बहुभुज आरसे, हे खूप प्रभावी साधन असू शकते. जेव्हा आपण अॅब्लेशनबद्दल बोलतो, तेव्हा आपल्याला धक्का बसेल अशा पातळीवरच्या गोष्टी घडत असतात!
येथे नॅनोसेकंद (10-9 सेकंद) किंवा फेमटोसेकंद (10-15 सेकंद) तरंगलांबीच्या उच्च स्पंदन ऊर्जा असलेल्या स्पंदनाद्वारे धातूच्या पृष्ठभागावर तयार झालेल्या दूषित थराला अॅब्लेट करण्यास मदत होते. दूषित पदार्थ उच्च स्पंदन ऊर्जेने गरम केले जातात आणि त्यांची वाफ होते. यातून निर्माण होणारे ऑक्साईड आरोग्यासाठी घातक असू शकतात. म्हणून अशा जागी हवा बाहेर खेचून नेण्याची व्यवस्था करावी लागते.
हे कार्यतत्त्व चित्र क्र. 1 आणि 2 मध्ये दाखविले आहे. लेझरचा झोत बहुभुज स्कॅनरवर केंद्रित केला जातो. ही एक षट्कोनी किंवा बहुआयामी वस्तू आहे आणि तिची परावर्तनशीलता चांगली आहे. बहुभुज स्कॅनरला अपेक्षित आर.पी.एम. ने फिरविण्यासाठी एक मोटर जोडलेली असते. स्कॅनरवर एक आपाती (इन्सिडंट) झोत पडतो आणि त्याला 180 अंशापेक्षा कमी कोनात वळविले जाते. या कामासाठी 20 मिमी. रुंदीचा झोत मिळणे पुरेसे असते. फायबरमधून प्रवास करणारा लेझरचा झोत क्वार्टझ् ब्लॉक हेडच्या (QBH) कॉलीमेटरमध्ये जातो. यानंतर तो परावर्तक आरशावर जाऊन पडतो आणि बहुभुज स्कॅनरवर थेट पडेल अशा नेमक्या कोनात परावर्तित होतो. बहुभुज स्कॅनर हा डायमंड पॉलिश असलेला आरसा आहे. त्यामुळे या आरशात प्रकाशाचे शोषण अतिशय कमी प्रमाणात होते. बहुभुज स्कॅनर एका विशिष्ट आकाराचा झोत तयार करतो आणि हा झोत मोटरद्वारे मिळविलेल्या वेगात लांबी स्कॅन करू शकतो. थोडक्यात म्हणजे, स्पंदने एका बिंदूपासून दुसऱ्या बिंदूपर्यंत प्रवास करीत स्कॅनिंगची लांबी पूर्ण करतात आणि बहुभुजाच्या आकाराने स्कॅनची लांबी निश्चित केली जाते. उच्च तीव्रतेच्या स्पंदन शक्तीमुळे मटेरियल सहजपणे स्वच्छ होते. बहुभुज स्कॅनरनंतर मोटर कनेक्शन, मोटर वायर असतात, जे कंट्रोल कार्डमध्ये जातात. कंट्रोल कार्डच लेझरला स्पंदने देते आणि मोटरवरून स्पंदने घेते. एक डिस्प्ले स्क्रीन आपल्याला पॅरामीटर सेट करण्यास मदत करतो.
गॅल्व्हो स्कॅनरचे कार्य एका सोप्या तत्त्वावर (चित्र क्र. 3) आधारित आहे. गॅल्व्हो स्कॅनरची सुरुवात एका केंद्रीकरण करणाऱ्या (फोकसिंग) आरशापासून होते. हा एका बिंदूवर केंद्रित असतो, जिथून त्याला आरशांवर परावर्तित करता येऊ शकते. दोन्ही आरसे मोटरद्वारे चालित आहेत. त्या दोन आरशांनी लेझर झोताचा आकार बनवायचा असतो, आरश्याच्या वेगाने स्कॅनची लांबी ठरते. यातून आपल्याला एक सरळ रेषा मिळते. आपल्याला ज्या वस्तूची स्वच्छता करायची असेल, तिच्यावर हा रेषाकृती झोत फिरवून आपल्याला स्वच्छता करण्याचे क्षेत्र मिळते.



उपयोग
वाहन उद्योगातील एका कंपनीमध्ये वाहनाच्या तेलाच्या टाक्या स्वच्छ करण्यासाठी या तंत्राचा वापर केला गेला. तेलाच्या टाकीमधून रंग काढून टाकण्यासाठी '7 टँक' स्वच्छता प्रक्रिया वापरली जात असे. ही महाग, वेळखाऊ आणि जोखीमकारक प्रक्रिया होती. रसायने वापरून खोलवर स्वच्छता करण्यासाठी खूप खर्च येत होता आणि त्यानंतर बफिंग करावे लागत होते. ही एकंदरच फार मोठी प्रक्रिया होती. लेझरद्वारा स्वच्छता करण्याचे मशीन वापरल्यावर, संपूर्ण टाकी स्वच्छ करण्यासाठी केवळ 50 सेकंद ते 1 मिनिट लागले.
ट्यूबलेस टायरच्या आतून सिलिकॉनचा थर काढण्यासाठी CO2 लेझर उपकरणांचा वापर केला गेल्याचेही उदाहरण आहे.
एअरोस्पेस आणि जहाज बांधणीसारख्या अवजड उद्योगांमध्ये पृष्ठभागांवरील लेपनाचा थर काढून टाकणे, हे एक मोठेच काम असते. इथे लेझरद्वारा स्वच्छता हा एक किफायतशीर आणि पर्यावरणास अनुकूल पर्याय पारंपरिक अपघर्षक आणि रासायनिक प्रक्रियांऐवजी वापरला जाऊ शकतो. लेझर ही पृष्ठभागावरील थर काढून टाकण्यासाठी एक स्पर्शविरहित प्रक्रिया आहे आणि तिच्यामध्ये अन्य कोणत्याही दुय्यम माध्यमाची आवश्यकता नसते, ज्यामुळे कचरा वाढण्यात हातभार लागतो.
याचा वापर पुढील कामांमध्ये सर्वात चांगला होतो,
1. धातूच्या पृष्ठभागाला खडबडीत करणे.
2. टायर, इलेक्ट्रॉनिक्स, अन्न आणि अन्य क्षेत्रात वापरल्या जाणाऱ्या मोल्डच्या स्वच्छतेसाठी वापरला जाऊ शकतो.
3. आण्विक शक्ती उद्योगातील यंत्रभागांची जलद स्वच्छता करता येते.
4. जहाज उत्पादन किंवा देखभाल यांच्यातील ऑक्साईड उपचार
5. 3D पृष्ठभागांची स्वच्छता आणि कंडिशनिंग
6. धातू पृष्ठभाग टेक्श्चरिंग आणि बदल
7. जोडणी करण्यासाठी पूर्वोपचार म्हणून केलेली स्वच्छता
8. अॅब्लेशन (अॅनोडाइझ्ड, पेंट केलेले किंवा लेपित)
9. रंग उतरविणे (स्ट्रिपिंग) आणि काढणे.
10. धातूंमधून गंज आणि क्षरण (करोजन) काढणे.
11. तेलाचा डाग, अन्य संदूषक स्वच्छता
12. प्लॅस्टिक मोल्डमधील अवशिष्ट भागांची स्वच्छता
13. दगडी शिल्पाच्या पृष्ठभागावरील धूळ आणि संलग्नक स्वच्छता
14. जोडणे, सोल्डरिंग किंवा वेल्डिंगच्या आधी धातूवरील ग्रीस काढण्यासाठी उपयुक्त ठरते.
यांत्रिकी उद्योग
1. वेल्डिंग करण्यापूर्वी धातूची स्वच्छता
2. लेपनाच्या तयारीसाठी वेल्डिंगनंतरची स्वच्छता
3. जहाज देखभाल, आंतरिक आणि बाह्य
4. असेम्बल केलेल्या यंत्रभागांची देखभाल, स्वच्छता आणि रिकंडिशनिंग
5. निवडक जागेवरील रंग काढणे (डी-पेंटिंग)

वाहन उद्योग
• वाहन उद्योगात अॅडेझिव्ह बाँडिंगपूर्वी धातूंचे पृष्ठभाग साफ करताना उत्तम गुणवत्ता, पुनरावृत्ती आणि विश्वसनीयता मिळावी म्हणून त्यांच्यावर लेझरद्वारा पृष्ठीय उपचार करून तयार करणे, ही एक अद्वितीय पद्धत आहे. यामुळे हे बाँडिंग दीर्घकाळ टिकते आणि त्याची विद्युत वहनक्षमता उत्कृष्ट राहते.
• वेल्ड बाँडद्वारे निर्माण झालेल्या यांत्रिकी गुणधर्मांवर परिणाम न करता वरील लेपन यशस्वीपणे काढून टाकण्यासाठी लेझर वापरतात.
• वाहनउद्योगातील इतर कामांमध्येदेखील लेझरद्वारा स्वच्छतेची प्रणाली वापरली जाते, उदाहरणार्थ, डिस्क ब्रेकचे डी कोटिंग. वाहनउद्योगातील मोठ्या मागणीमुळे, एकंदर उत्पादन क्षेत्रामध्येही लेझरद्वारा स्वच्छता प्रणालीच्या अंमलबजावणीत वाढ होण्याची शक्यता आहे.

वैद्यकीय तंत्रज्ञान
• स्टेनलेस स्टीलची उपकरणे गरम वाफेद्वारा निर्जंतुक केली जातात. त्यामुळे त्यांच्या आयुर्मानावर परिणाम होतो. लेझरद्वारा पूर्वोपचार करून त्यांच्यावरील अवशिष्ट संदूषके काढली जातात.
• वंगणयुक्त वार्निश वापरून लेपन करण्यासाठी गाइड वायरसारख्या पृष्ठभागाची सूक्ष्म संरचना.
• इम्प्लांटच्या पृष्ठभागावर विविक्षित संरचना अथवा अतिसूक्ष्म (नॅनो स्तरीय) संरचना बनविणे, ज्यामुळे त्यावर अतिरिक्त वाढ (इनग्रोथ) होण्याचे थांबविले जाईल.
• कार्डियाक सपोर्ट सिस्टिम आणि ब्लड पंपसारख्या उपकरणांचे पॉलिशिंग.
• इम्प्लांटच्या टायटॅनियम बॅटरी हाउसिंगची लेझर प्री ट्रीटमेंट, उदाहरणार्थः पेसमेकर.

इलेक्ट्रॉनिक उद्योग
• अॅडेझिव्ह प्रक्रियेपूर्वी संवेदनशील इलेक्ट्रॉनिक्सच्या हाउसिंगची इष्टतम स्वच्छता.
• इलेक्ट्रॉनिक अॅसेम्ब्ली कास्ट करण्यापूर्वी पूर्वोपचार.
• संपर्काचा (काँटॅक्ट) पृष्ठभाग तयार करणे.

रबर आणि टायर उद्योग
• काढून टाकलेल्या स्थितीत टायर मोल्डची स्वयंचलित साफसफाई.
• टायर मोल्डची डिसअॅसेम्ब्ली केलेल्या स्थितीत आणि व्हल्कनायझेशन प्रेसमध्ये जागच्याजागी हाताने स्वच्छता.

बेकिंग उद्योग
• साखरेच्या कोनच्या मोल्डची स्वच्छता करणे.
• वॅफल मोल्डची स्वच्छता करणे.
• उत्पादाच्या हाताळणीसाठी वापरली जाणारी उपकरणे आणि वाहतूक यंत्रणेची स्वच्छता.
• बेकिंग आणि फूड प्रोसेसिंगमधील अन्य आव्हानात्मक कामे.

फायदे
• केव्हाही कुठेही वापरता येण्याजोगे : लेझरद्वारा स्वच्छता प्रणाली हे एक हातात धरून वापरता येईल असे, आटोपशीर उपकरण आहे, ज्याचा वापर मोठ्या आणि जटिल सामग्रीच्या पृष्ठभागावर सहजतेने करता येतो.
• शक्तीमान प्रणाली : ही प्रणाली पृष्ठभागावरील कणांचे अगदी जाड थर काढून टाकण्यासाठी पुरेशी शक्ती देते.
• कोणतेही क्लिष्ट सॉफ्टवेअर नाही :
लेझरद्वारा स्वच्छता प्रणालीमध्ये वापरण्यास सुलभ असे कंट्रोल पॅनेल असतात. वापरकर्त्यांना सॉफ्टवेअरच्या गुंतागुंतीत न अडकता आवश्यक ते बदल करता येतात.
• कोणतेही माध्यम वापरलेले नाही : मशीनमध्ये फक्त एकच आवश्यक गोष्ट आहे, ती म्हणजे वीज आणि ती सुद्धा आपण ज्या नमुन्यांवर प्रक्रिया करू इच्छितो, त्यावर अवलंबून असते.
• पर्यावरणास अनुकूल : लेझर तंत्रज्ञानात विविध रसायनांचा वापर केला जात नाही, कमीतकमी आवाज आणि धूळ निर्माण होतात. त्यामुळे लेझरद्वारा स्वच्छतेचे कार्य पर्यावरणास अतिशय अनुकूल आहे.
• वैविध्यपूर्ण उपयोग : लेझरद्वारा पृष्ठभाग स्वच्छ करणे, हे बहुतेक सर्व क्षेत्रात सूक्ष्म प्रमाणात ते मोठ्या प्रमाणात मटेरियल स्वच्छ करण्यासाठी वापरले जाऊ शकते. याचा उपयोग मोठ्या व्यावसायिक विमानांपासून मायक्रो चिपपर्यंत करता येतो.
• वाहन निर्मिती, लष्करी उपकरणे, लिक्विड क्रिस्टल डिस्प्लेची स्वच्छता आणि इतर संबंधित क्षेत्रामध्येदेखील ही महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावते.
• वेळेची बचत : यात स्वच्छतेची अचूकता तर आहेच आणि हव्या त्या मोजक्या जागेत स्वच्छता करता येते. म्हणजेच आवश्यक क्षेत्र कमी वेळेत स्वच्छ केले जाऊ शकते.

[email protected]