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激光清洗

  激光清洗技術原理以及在高端制造業的應用解析

  激光清洗傳統清洗工業有各種各樣的清洗方式,多是利用化學藥劑和機械方法進行清洗。在我國環境保護法規要求越來越嚴格、人們環保和安全意識日益增強的今天,工業生產清洗中可以使用的化學藥品種類將變得越來越少。

  如何尋找更清潔,且不具損傷性的清洗方式是我們不得不考慮的問題。而激光清洗具有無研磨、非接觸、無熱效應和適用于各種材質的物體等清洗特點,被認為是最可靠、最有效的解決辦法。同時,激光清洗可以解決采用傳統清洗方式無法解決的問題。

  激光清洗的物理原理:

  激光器發射的光束被需處理表面上的污染物層所吸收。大能量的吸收形成急劇膨脹的等離子體(高度電離的不穩定氣體),產生沖擊波。沖擊波使污染物變成碎片并被剔除。

  與機械摩擦清洗、化學腐蝕清洗、液體固體強力沖擊清洗、高頻超聲清洗等傳統清洗方法相比,激光清洗具有明顯的五個優點。

  環保優勢:激光清洗是一種“綠色”的清洗方法,不需使用任何化學藥劑和清洗液,清洗下來的廢料基本上都是固體粉末,體積小,易于存放,可回收,無光化學反應、不會產生污染??梢暂p易解決化學清洗帶來的環境污染問題。往往一臺抽風機即可解決清洗產生的廢料問題。

  效果優勢:傳統的清洗方法往往是接觸式清洗,對清洗物體表面有機械作用力,損傷物體的表面或者清洗的介質附著于被清洗物體的表面,無法去除,產生二次污染,激光清洗的無研磨和非接觸性、無熱效應不會破壞基底,使這些問題迎刃而解。 

  控制優勢:激光可以通過光纖傳輸,與機器手和機器人相配合,方便地實現遠距離操作,能清洗傳統方法不易達到的部位,這在一些危險的場所使用可以確保人員的安全。

  便捷優勢:激光清洗能夠清除各種材料表面的各種類型的污染物,達到常規清洗無法達到的清潔度。而且還可以在不損傷材料表面的情況下有選擇性地清洗材料表面的污染物。

  成本優勢:激光清洗速度快、效率高,節省時間;購買激光清洗系統雖然前期一次性投入較高,但清洗系統可以長期穩定使用,運行成本低,更重要的是可以方便地實現自動化操作。

  成本計算:單臺清洗效率8平米每小時每小時運行成本約5度電費,即清洗成本為4毛錢每平米,除開初始成本,后期4毛錢每平米。

  激光清洗在各領域中使用的情況介紹

  激光清洗技術是近10年來飛速發展的一種新型清洗技術,它以自身的優勢和不可替代性在許多領域中逐步取代了傳統清洗工藝。激光清洗不但可以用來清洗有機的污染物,也可以用來清洗無機物,包括金屬的銹蝕、金屬微粒、灰塵等。下面介紹一些實際應用情況,這些技術已非常成熟,已被廣泛應用。

  1.模具的清洗

  每年全世界的輪胎生產企業制造數億個輪胎,生產過程中輪胎模具的清洗必須迅速可靠,以節省停機的時間。傳統的清洗方法包括噴砂、超聲波或二氧化碳清洗等,但這些方法通常必須在高熱的模具經數小時冷卻后,再移往清洗設備進行清潔,清潔所需的時間長,并容易損害模具的精度,化學溶劑及噪聲還會產生安全和環保等問題。

  利用激光清洗方式,由于激光可利用光纖來傳輸,因此在使用上深具彈性;由于激光清洗方式可用光纖連接而將光導至模具的死角或不易清除的部位進行清洗,因此使用方便;由于橡膠并無氣化,因此不會產生有毒害的氣體,影響工作環境的安全。

  激光清洗輪胎模具的技術已經大量在歐美的輪胎工業中被采用,雖然初期投資成本較高,但可在節省待機時間、避免模具損壞、工作安全及節省原材料上所獲得的收益迅速得到回收。

  根據英國寬泰(Quantel)公司的LASERLASTE激光清洗系在上海雙錢載重輪胎公司生產線上進行的清洗試驗表明,僅需2個小時就可以在線清洗一套大型載重輪胎的模具。和常規清洗方法相比,經濟效益是顯而易見的。

  2.武器裝備的清洗

  激光清洗技術在武器維護保養上廣泛應用。采用激光清洗系統,可以高效、快捷地清除銹蝕、污染物,并可以對清除部位進行選擇,實現清洗的自動化。采用激光清洗,不但清潔度高于化學清洗工藝,而且對于物體表面幾乎無損害。

  通過設定不同參數,還可以在金屬物體表面形成一層致密的氧化物保護膜或金屬熔融層,提高表面強度和耐腐蝕性。激光清除的廢料對環境基本上不構成污染,還可以進行遠距離操作,有效減少了對操作人員的健康損害。

  3.飛機舊漆的清洗

  在歐洲激光清洗系統早已應用在航空工業中。飛機的表面過一定時間后要重新噴漆,但是噴漆之前需要將原來的舊漆完全除去。

  傳統的機械清除油漆法容易對飛機的金屬表面造成損傷,給安全飛行帶來隱患。如采用多個激光清洗系統,可在兩天之內將一架A320空中客車表面的漆層完全除掉,且不會損傷到金屬表面。

  4.樓宇外墻的清洗

  隨著我國經濟的飛速發展,越來越多的摩天大樓被建立起來,大樓外墻的清潔問題日益凸現,激光清洗系統通過光纖對建筑物外墻的清洗提供了很好的解決方法,它可以對各種石材、金屬、玻璃上的各種污染物進行有效清洗,且比常規清洗效率高很多倍。還可以對建筑物的各種石材上的黑斑、色斑進行清除。

  5.電子工業中的清洗

  電子工業使用激光去除氧化物:電子工業需要高精度地去污,特別適合采用激光去氧化物。在電路板焊接前,元件針腳必須徹底去氧化物以保證最佳的電接觸,在去污過程中還不能損壞針腳。激光清洗可以滿足使用要求,且效率很高,一個針腳只需照射一次激光。

  6.精密儀器工業中的精確去酯清洗

  精密機械工業常常需對零件上用來潤滑和抗腐蝕的酯類及礦物油加以清除,通常是用化學方法,而化學清洗往往仍有殘留物。

  激光去酯可以將酯類及礦物油完全去除,不損傷零件表面。其污染物去除是由沖擊波完成,零件表面氧化物薄層爆炸性氣化形成了沖擊波,導致污物去除,而非機械互作用。

  材料徹底去酯用于航天工業機械零件的清理。機械零件加工中的油酯去除同樣可采用激光清洗。

  7.核電站反應堆內管道清洗

  激光清洗系統還應用于核電站反應堆內管道的清洗。它采用光導纖維,將高功率激光束引入反應堆內部,直接清除放射性粉塵,清洗下來的物質清理方便。而且由于是遠距離操作,可以確保工作人員的安全。

  綜上所述,激光清洗在很多領域發揮著重要作用,并且在汽車制造、半導體晶圓片清洗、精密零件加工制造、軍事裝備清洗、建筑物外墻清洗、文物保護、電路板清洗、精密零件加工制造、液晶顯示器清洗、口香糖殘跡去除等領域均可發揮重要作用。

  激光清洗在國防軍事裝備的應用:如各種飛機脫漆和除銹、各種艦船裝備、各種武器裝備除銹、各種戰車火炮除銹、各類零件除銹等等,前景廣闊,發展趨勢潛力巨大。尤其是激光清洗的環保性、便捷性、安全性、低成本使用等優勢明顯,是新型、高效、安全的工藝技術。


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