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电子加工新闻

激光技术让电子废料变废为宝

星之球科技 来源:国际工业激光商情2020-10-15 我要评论(0 )   

直至今日,要想从废旧电子设备中回收有价值的材料,既行之有效且又经济的方法非常有限。经过四年多的研究,基于城市采矿和逆向制造的原则,国际欧盟ADIR(新一代城市采...

直至今日,要想从废旧电子设备中回收有价值的材料,既行之有效且又经济的方法非常有限。经过四年多的研究,基于城市采矿和逆向制造的原则,国际欧盟ADIR(新一代城市采矿-电子设备中有价值材料的自动拆卸、分离和回收)项目提出了可行的回收概念⸺电子设备将被视为可回收材料的“仓库”。一旦这些设备退出流通领域,原材料就能被回收,通过一个已在工业环境中经过验证的自动化程序,采用各种激光技术来识别印刷电路板上的电子元件,然后对它们进行拆焊和分类。


ADIR项目是由欧盟“地平线2020计划”资助的项目,由弗劳恩霍夫激光技术研究所(FraunhoferILT)负责协调,汇集了来自研究和工业领域的9位项目合作伙伴。


该项目呈现了全新的回收概念。电子回收公司(ElectrocyclingGmbH)的演示机对1000多部手机和800块印刷电路板进行了成功测试。测试结果,ADIR项目的演示装置可以在工业环境下工作,在某些情况下回收率高达98%。从战略层面上看,该项目的目标是降低欧盟对自然资源的依赖,减少进口昂贵原材料的需求,并展示可实现逆向制造的新技术。后者是一项被认为可持续循环经济的关键技术,符合欧洲新绿色协议的计划目标。


电子工业中的贵重材料


电子回收公司(ElectrocyclingGmbH)是一家具备废旧电器和电子设备回收认证的公司,总部位于德国下萨克森州的戈斯拉尔市。每月处理4000吨电器和电子设备,因此在工业领域具备相当齐全的专业知识。这家公司利用ADIR演示装置回收两大类加工元件材料,手机印刷电路板及其电池,以及用于计算机和服务器的印刷电路板(PCB)。


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全新的回收概念特别关注钽、钕、钨和镓这些金属元素,它们几乎存在于所有现代电子产品中。(图源:弗劳恩霍夫激光技术研究所)


ADIR演示机从这些元件中回收利用贵重金属,包括电容器中的钽,扬声器中的钕,振动报警平衡器中的钨,以及印刷电路板元件中不平衡质量的金、银和铂族金属。


ADIR是如何进行工作的?


这套拆卸系统是基于激光技术、机器人技术、视觉系统和信息技术的智能组合。首先,手机进入流水线,机器手将它们拾起并切开外壳。然后,这些电子设备连同电池、振动报警元件以及扬声器(如果有)一起被拆卸。随后的步骤和那些由人工装配的大尺寸电路板的方式相似,通过高分辨率成像过程进行分析和识别这些组件,并将它们的形状大小与数据库中记录的信息进行对比。


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ADIR演示装置自动识别和分析某些电子元件,比如手机和电脑中的印刷电路板。(图源:弗劳恩霍夫激光技术研究所。)


简单概括为以下几个步骤:


1.切开外壳;移除电池和印刷电路板;安全处理电池。


2.挑选、放置印刷电路板。


3.对印刷电路板进行高分辨率成像(2D彩色和3D);对目标元件的几何形状进行图像分析并与数据库的信息进行对比。


4.利用脉冲激光器对元器件成分进行化学分析,该激光束局部蒸发出微量的材料,并产生所涉及元素的发射光谱(激光诱导击穿光谱法-LIBS);组件获得的物理和化学数据以数字方式被记录在数据库中。


5.对印刷电路板中有价值电子元件进行拆焊:用连续的红外激光扫描会瞬间使相应的焊盘变热并软化焊料;通过吸嘴移走元件,然后将元件拆分成不同部分。


6.通过在充满水的容器中快速连续放电产生的冲击波,来拆卸其他电子元件,然后对这些元件进行排序。


7.H.C.StarckTantalumandNiobiumGmbH公司,AurubisAG公司和Åukasiewicz研究网络-有色金属研究所提供各种多级湿法和火法冶金工艺,用于回收所谓的技术金属,将其作为有价值的二次原材料库存。


各种激光器用于组件的拆焊和激光诱导击穿光谱(LIBS)。还有一类激光器可用于3D成像。


工业用途测试


演示机呈现的效果再棒,如果满足不了工业要求,也毫无意义。2019年,ADIR项目在电子回收公司(ElectrocyclingGmbH)进行了测试,得以验证适用于工业应用。比如,这些现场测试证明了可以将多种工艺结合起来,从印刷电路板中移除大量的小电容器,就能回收到有价值的金属钽,钽的回收率在96%~98%之间。


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成功的回收利用案例:在由弗劳恩霍夫激光技术研究所协调的ADIR项目中,拆卸了大约1000部手机和800多块印刷电路板,产生了几公斤重的元件,之后就能从中回收有价值部分的材料。(图源:弗劳恩霍夫激光技术研究所。)


现在,这个极具竞争力的项目已经完成了前期工作。ADIR项目团队通过演示机,已经证明了新方法的工业可行性。根据这些项目成果,现在可以实现部分工艺链了,包括检查印刷电路板以及对有价值的目标元件进行拆焊和移除。同时,在自动化等领域仍有改进空间,有助于加快这一进程。


该项目团队成员通过切开和拆卸手机这个自动化过程所获得的初步经验和数据,已被收集并整理在一个数据库中了。未来,员工们可以利用这些数据来设立回收单元,处理新的型号的手机。


这项工艺已经在工业界引起广泛关注,并吸引到了多位执行合伙人加盟。目前此项目还在继续寻找其他合伙人。这一全新的概念不仅保证更有效地使用原材料,还将减少欧洲对世界各地进口原材料的依赖,并为引进建立材料闭环所需的逆向制造技术创造新机会。


截止目前,ADIR项目的合作伙伴有:


●位于德国亚琛的弗劳恩霍夫激光技术研究所(负责项目协调)


●位于德国汉堡的AurubisAG


●位于德国戈斯拉尔的ElectrocyclingGmbH


●位于德国马格德堡的弗劳恩霍夫工厂运营与自动化研究所


●位于德国戈斯拉尔的HCStarck钽铌有限公司


●位于波兰格利维采的有色金属研究所


●位于德国亚琛的激光分析系统及自动化公司


●位于意大利帕雷利亚的OSAIASSpA


●位于意大利都灵的TreTauEngineeringsrl


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制造业激光激光技术电子废料

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