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激光光刀清洗机

来源:激光制造商情

  发布:潘忠义

关键词:激光清洗 应用分析

2017-09-18

人类生活在地球上,没有光,就没有生命,因而光是人类赖以生存的基本条件之一。光以许多不同的途径给予我们灵感。而雷射是一种特别有吸引力的光,然而令人惊讶的是,大多数情况下你是看不到雷射的,只有作用于工件上所产生之巨大雷射时,我们才能体会到光的能量存在。

过去的30年,雷射几乎进入了工业加工的每一个领域。雷射清洗是20~21世纪以来人类在医美及工业上的一种新型的表面处理技术。因此引起越来越多的科学家、工程师、航空、天文、环保界、建筑界、艺术家、历史学家和文物工作者的兴趣与重视。雷射清洗属于干洗制成,不需要任何有机溶剂与药剂,没有废料排放,残渣少,因此不会造成环境污染。而能有效清除其它方法难以去除干净的污染物质,另附着于物体表面的微粒子也能轻而易举的去除。此技术效率高、可控性好、易于选定区域精密清洗,易于远距离遥控清洗难以到达或危险的地方。

雷射清洗与传统清洗在工业上有各式各样的清洗模式,大多是利用化学药剂和机械方法进行清洗。在我国环境保护法规等要求下对于环境的绿化要求越来越严格,人们又对于环保与安全意识形态日益增强的今天,工业生产在清洗需求中可以使用的化学药剂种类就将变得越来越少。那么我们如何寻找更清洁更有效率,且不具损伤性的清洗方式是我们不得不思考的课题。而雷射清洗正是我们研究的目标与选择,因为它具有无研磨、无接触、无热效应更适用于各种材质的物体等清洗特点,被认为是最可靠、最有效的解决办法。同时,雷射清洗可以解决采用传统清洗方式无法解决的问题。金属材料使用一段时间后,由于加工作业的接触磨耗与长时间接触空气中的湿气与污染物锈蚀等原因,表面会生成锈迹或附着脏污。它不但影响美观,而且对材料或零件的性能会造成很大影响,甚至影响结构性问题,造成设备或建筑物损坏。所以,实时将对象表面的脏污与锈蚀有效的去除,是一项非常重要的工作。

我们以雷射清洁为概念起点作技术精进升级,透过雷射的非接触清洁方式,开发一个便于携带之轻量化、后背式雷射清洁系统,让施工人员可以方便的携带至任意场所进行大面积清洁作业。

雷射清洁技术利用雷射的高同调性、高能量等特性,把雷射集中在很小的一片区域内,利用高强度的激光脉冲将锈蚀或污渍瞬间汽化,将脏污去除的一种非接触式技术。雷射清洁技术为一种非接触式清洁方式,既不需要使用化学品,也不需要对工件表面进行机械式摩擦,可用来清洁表面细微结构或表面结构复杂的工件,这种技术可适用于各种行业。

其清洁机制为材料吸热之瞬间汽化现象,针对材料上欲清洁的锈蚀或污渍,提供高强度激光脉冲加热,因污渍与本体材料吸收率的不同而导致升温效果不同,当材料的瞬时温度超过其汽化温度,即直接汽化而移除,达到清洁成效。相同区域的锈蚀或污渍被移除后,底材的金属对雷射的反射率高,且其整体结构的导热效果佳,因此已清洁过的金属材质纵使再打上雷射,该部位也几乎不会再被汽化,对金属本体与污渍具有高度选择性,可达到污渍与材料本体分离的效果。

雷射清洁技术的原理简述如下:
a)雷射源发射的高强度光束被金属表面的污染层吸收而汽化挥发。
b)大能量的吸收形成急剧膨胀的等离子气体,产生冲击波使污染物变成碎片并剥除。

 

图1、雷射清洁机制

研究雷射光刀金属表面污渍清洁技术,利用体积小、轻量化之高功率雷射二极管光源模块融入后背式机架设计,完成一个便于携带之轻量化、后背式雷射清洁系统,分析雷射清洁之各项参数并进行优化,建立雷射表面清洁系统之参数最佳组合,让施工人员可以方便的携带至任意场所进行大面积清洁作业。

 雷射光刀金属表面污渍清洁技术开发技术示意图


本计划执行后之重要技术指标及产业变化如下:


高功率雷射二极管直接输出模块技术:

传统的自由空间式或全光纤式增益放大器架构的雷射源系统体积庞大,无法轻便式携带,本计划采用高功率二极管雷射源直接输出为应用载具,将高质量915nm二极管雷射直接作为雷射光源,应用于轻量化、手持式雷射表面清洁系统的开发中。因为少了庞大的放大器架构,其重量与体积皆比传统雷射改善,且材料成本也较传统雷射降低一半,更具有体积小、便于携带与转换效率高等优点。

后背式机身设计,便于户外携带加工


现有产品皆为落地式设计,主机非常笨重,需要利用滚轮拖行到工作地点才能进行清洁作业,但在施工现场,常常有通行路径与施工空间的限制,大型设备不易进入。

将体积小、轻量化之高功率雷射二极管光源模块融入后背式机架设计,完成一个便于携带之后背式雷射清洁系统,让施工人员可以方便的携带且工作时可不受限制的轻松移动,进行大面积清洁作业。

透过计划内容的协助推动,开发高功率雷射二极管直接输出模块技术与后背式机架与手持扫描装置技术,预期将产出第一部自有技术开发之高功率、手持式雷射表面清洁系统,提升雷射产业应用设备与服务项目,创造高功能性与高值化雷射应用产品,可望为雷射应用产业创造整体产值效益,增加产业国际竞争力。

功能规格


技术应用范围

雷射清洁技术可应用于:
1. 金属表面除锈、表面除漆与脱漆
2. 建筑产业之钢材表面除锈与清洁
3. 表面油污、污渍与污垢清洗
4. 石材、木料表面附着物与灰尘清除
5. 金属模具表面残留物清洁

(佑升雷射股份有限公司  董事长  潘忠义)