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激光清洗應用市場大到你無法想象!

激光清洗應用市場大到你無法想象!

傳統清洗工業設備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、低熱效應和適用於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。

激光清洗的原理分類

在工件表面污染物中,工件表面附著物與表面之間的結合主要是由於存在以下各種力:共價鍵、雙偶極子、毛細作用、氫鍵、吸附力和靜電力等。其中毛細力、吸附力和靜電力是最難破壞的,激光清洗技術就是要克服這幾種力。

微粒與物體表面最主要的三種結合力

這些吸附力要比重力大很多(有幾個數量級),並且與粒子直徑d有關係,吸附力隨著粒子半徑減小呈現很慢的線性衰減趨勢,而粒子質量m與直徑的三次方成正比,由牛頓定律可知F=ma,當粒子尺寸變小時,吸附力所提供的加速度迅速增大。所以,尺寸越小的粒子,清除起來所需的加速度就越大,這就是常規的清洗技術為什麼難以清除直徑很小的物體表面附著物。

由於物體表面附著物的成分和結構複雜,激光與之作用的機理也各不相同,用於對此作解釋最常用的理論模型有以下幾種:

光氣化/光分解

激光器產生的激光,經過光學系統的聚光可以實現能量的高度集中,聚焦后的激光束在焦點附近可產生幾千度甚至幾萬度的高溫,使物體表面附著物瞬間氣化或分解。

光剝離

通過激光的作用使物體表面附著物受熱膨脹,當物體表面附著物的膨脹力大於其與基體之間的吸附力時,物體表面附著物便會從物體的表面脫離。

光振動

利用較高頻率和功率的脈衝激光衝擊物體的表面,在物體表面產生超聲波,超聲波在衝擊中下層硬表面以後返回,與入射聲波發生干涉,從而產生高能共振波,使污垢發生微小爆裂、粉碎、脫離基體物質表面,當物體與表面附著物對激光束的吸收係數差別不大,或者表面附著物受熱後會產生有毒物質等情況時,可以選用這種清洗手段。

目前,激光清洗設備的結構並沒有統一的標準,需要根據實際的清洗方法、基材和污物的種類、清洗要求的效果等因素來決定,但是,它們在一些基本的結構上還是大致相同的,主要包括激光器、移動平台、實時監測系統、半/自動控制操作系統及其他輔助系統等部分。

激光清洗技術的國內發展現狀

激光清洗技術的研究和設備的開發起步晚,基本上是跟蹤國外的發展,雖然在較短時間內取得了一些成果,但是與國外相比存在明顯的差距。

因此,國內較為成熟的激光清洗設備並不多,大部分還處於實驗室研究階段,其清洗效率和穩定性有待進一步的提高,其中南京帝耐激光聯合上海光學精密機械研究所研發出系列激光清洗機,已經研發出五軸激光清洗機,並且商用。

應用到一些工業、科研、軍工等市場,他們申請了一系列專利,其公司系列產品如下:

激光清洗技術的國外發展現狀

激光清洗技術研究起步於20世紀80年代中期,但直到20世紀90年代初期才真正步入工業生產中,在許多場合逐步取代傳統清洗方法。

國外激光清洗的去污範圍非常廣泛,從厚銹層到激光表面微細顆粒都可以去除,在去污中涉及激光清洗實驗所使用的設備種類也比較多,所用激光器的波長範圍廣,但激光清洗技術的發展不平衡,有些已實現工業化,有的還處於實驗室階段。

例如國外在激光模具的清洗方面,已經發展到1000 W激光手動清洗機;

電子線路清洗採用248 nm激光,3 W,20 ns,已經工業化;

在晶元領域,採用248 nm,5 W納秒紫外清洗,效果非常好;

在光掩膜,採用紫外激光,已經完全取代傳統化學方法;

在激光除銹、激光除污染物方面,已經規模化應用,而且實驗先於理論。另外在半導體領域、磁頭和絕緣體領域已經開始實驗驗證。

德國Cleanlaser公司近年來致力於研究可以實現塑膠射出模和橡膠硫化模具線上,線上、高溫清洗垢激光清洗設備,下面根據其所使用激光器的功率級別,其中Clealaser公司、P-laser公司最為著名,以下介紹幾種典型的激光清洗系統的性能和特點。

Cleanlaser產品類型

激光清洗技術的前景預測:激光清洗技術的出現,開闢了激光技術在工業應用的新領域,它在微電子、建築、核電站、汽車製造,醫療、文物保護等領域的開發方興未艾,應用市場前景廣闊。

在大型件激光加工技術領域的應用已初具規模,在鋼鐵除銹和模具去污方面的應用還是空白,而激光清洗技術在汽車製造、建築等領域的市場仍在開發之中。

目前雖然還難以詳細估計激光清洗技術的應用市場份額,但上述領域不少屬於國民經濟的支柱產業,激光清洗技術添入其中后,產生的經濟效益和社會效益是十分可觀的,利用現有的激光技術條件,開發配套的激光清洗設備,並使其在短時間內實用化、產業化、是完全可能的,對推動高新技術產業的發展本身亦具有重要意義。

近日,英國和荷蘭的科學家開發出了一款可以像毛毛蟲一樣爬行的機器人,而它的動力來源只是一束單一恆定光源。這個設計理念非常巧妙:他們將較長的高分子材料安裝在較短的框架上後會產生凸起,當紫色的LED燈照到凸起前方的材料時,這部分將會收縮,從而將另一部分材料暴露在LED光源下。

如此循環,這個小框架就可以不斷運動。團隊成員表示,這個發明可以把小物品運到狹窄的地方,或者用它來清潔太陽能電池表面。



這一技術依賴於一種光敏液晶材料,它可以在光的作用下迅速改變形狀。研究人員將其進一步改造,使其在LED光下幾乎瞬間變形,而當光線消失時則又恢復原狀。

雖然這款高分子材料看起來是透明的,但是它能夠完全阻擋紫色光線,所以背對著LED光的一側不會受到影響。如果把它倒置,這個框架就會往反方向移動。儘管之前我們見過利用激光、太陽能等作為動力的設備,但是這款機器人是第一個用光碟機動的裝置。

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