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千瓦级激光清洗装备团队:做工业制造领域的“美容师”
2019-07-04 悉恩悉机床网



  工业模具、船舶、飞机、航天器件……这些器械在日常使用中不可避免地需要进行除锈、除漆、除污等清洁处理,目前使用较多的是利用化学清洗,效率高、成本低,但存在环境污染等一系列问题。

  “我们团队研制了千瓦级清洗用纳秒脉冲激光器,激光清洗是一项高效、绿色的新型清洗技术。”日前,中国科学院半导体研究所研究员林学春在接受《中国科学报》采访时表示,“如今,国内工业界的‘激光美容’刚刚兴起,欲打破传统清洗还有待进一步推广。”

  呼唤新技术

  表面清洗是工业制造工序进行前必需的重要预处理工作,清洗质量对后期涂、镀都会产生巨大影响。

  目前,尽管传统的化学腐蚀清洗和喷砂清洗等在工业清洗行业中广泛应用,但随着我国环境保护法规要求越来越严格和高端制造业的快速发展,传统清洗的应用受到了越来越大的限制。

  林学春指出:“相比化学清洗,激光清洗不需要任何药剂和清洗液;相比机械清洗,激光清洗无研磨、无应力,对基体损伤很小。”

  近年来,国外激光清洗技术的发展已经相对成熟,美国的IPG、德国的cleanlaser等公司目前已经拥有了千瓦级清洗用激光源,激光清洗的优越性逐步体现出来,但进口激光源高昂的售价让人望而却步。

  我国激光清洗技术的研究和设备开发起步晚,与国外存在一定的差距。“国内的激光清洗大部分还处于试验阶段,清洗效率和稳定性有待进一步提高。”林学春告诉记者,“虽然许多高校和院所已经开展激光清洗应用方面的研究,但采用的大部分激光器功率在300瓦以内,清洗效率较低。”面对国外清洗用千瓦级激光器高昂的售价,自主研发的纳秒准连续激光器技术在国内受到广泛关注。

  寻找合作者

  2018年,由林学春团队参与的千瓦级激光清洗装备集成与应用示范项目获得中科院STS双创项目支撑。“这些年来,我一直在寻找合适的合作伙伴,希望将激光清洗装备推向市场。”林学春告诉记者。

  从目前来看,激光清洗仍存在效率低、成本高等问题,但团队也在逐一解决。比如团队尝试采用更窄脉冲(10ns级)激光源作为清洗光源,此举可以显著减少由于热积累导致的基材发热产生形变。

  随着林学春团队研制的千瓦级激光清洗装备的问世,不仅打破了该类光源需要依赖进口的局面,也取得了一些应用成果。比如,北京奔驰激光去除支具表面镀镍残留、长城汽车激光去除模具表面残留等。

  新一代绿色激光清洗技术在模具清洗以及飞机表面脱漆方面存在巨大需求。“作为科研团队,我们的研究仍局限在实验室领域,量产化推广需要强有力的合作者来共同完成。”林学春希望团队在技术领域攻坚克难的同时有业内的合作者进行市场推广。


附:激光清洗技术的应用领域

  目前,由于我国高端制造业的发展及环保要求的不断提高,传统清洗技术(化学法、机械打磨法)已远不能满足我国工业化生产的需求,清洗技术的落后限制我国部分重要行业正常生产运行。因此,激光清洗技术作为绿色、高效制造的代表,在我国高端制造业快速发展的情况下具有广阔的市场规模。

  模具清洗。模具清洗是模具生产中必不可少的环节,也是众模具企业共同关注的问题之一。在我国环保要求愈发严格的情况下,传统化学清洗(干冰、清洗液)已远不能满足其生产需要,激光可实现模具无接触清洗,对模具表面十分安全,可以确保其精度,并且可以清洗传统清洗方法无法清除的亚微米级污物颗粒,实现真正的无污染、高效、高质清洗。

  钢轨清洗。铁路是国民经济的支柱,在我国综合运输网络中的担纲作用无可替代,无缝钢轨成为中国高铁及整个铁路线路的主要铺轨类型。目前,钢轨焊前清洗全部采用砂轮、砂带打磨式清洗。人工打磨效率低,机器打磨设备复杂,清洗结构相对固定;打磨清洗质量不易保证,基材损伤严重,残余应力严重,并且每年消耗大量砂轮耗材,成本高,对环境造成严重粉尘污染。激光清洗可为我国高速铁路铺轨生产提供高质、高效的绿色清洗技术,解决传统打磨清洗粉尘污染严重、表面质量及精度不易控制的问题,消除无缝铁轨孔洞、灰斑等焊接缺陷,提高我国高速铁路运行的稳定性及安全性。

  航空领域。飞机蒙皮由非常复杂的曲面组成,且被多漆层结构保护。蒙皮全部或局部脱漆是飞机大修及重点部位检修的必经工序。目前,化学浸泡/擦拭是航空领域的主要脱漆方法,该方法造成了大量化学附属废物,也无法实现局部检修脱漆。该工序工作量繁重、危害健康,已成为航空领域急需解决的重要问题之一,激光清洗可实现飞机蒙皮表面涂漆的高质量去除,且易于实现自动化生产。目前,该技术在国外已开始应用于部分高端机型的维护。

  船舶领域。船舶表面防腐处理领域对于高效、绿色清洗技术需求强烈。目前船舶产前清洗主要采用喷砂方法,喷砂方法对周围环境造成了严重的粉尘污染,已逐渐被禁用,从而导致船舶生产企业的减产,甚至停产。激光清洗技术将为船舶表面防腐喷涂提供绿色无污染清洗方案。

  综上所述,激光清洗技术作为一项绿色、高效的清洗技术,有望逐步替代部分传统清洗方法,在我国工业生产中发挥巨大作用,产生巨大的经济效益,市场前景广阔。

来源:中国科学报

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