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金属五金

联赢激光揭秘各类激光器在激光清洗中的应用

激光制造网 来源:联赢激光2022-07-21 我要评论(0 )   

激光清洗的实质是将高能量密度的激光束照射至工件表面,使工件表面的污物、氧化层、镀层或涂层等受热发生瞬间熔融、烧蚀、蒸发或剥离,从而实现工件表面洁净化而不损伤...

激光清洗的实质是将高能量密度的激光束照射至工件表面,使工件表面的污物、氧化层、镀层或涂层等受热发生瞬间熔融、烧蚀、蒸发或剥离,从而实现工件表面洁净化而不损伤基材的工艺过程,是新一代工业清洁技术的理想选择!



1960年,美国科学家西奥多哈罗德梅曼研制成功世界上第1台可实际利用的红宝石激光器,从此开启激光造福人类的大门。接下来六十多年里,激光技术应用领域逐渐拓宽,并在焊接、清洗、切割、打标等领域中的应用取得重要成果。

▲激光类型适用材料


国外激光清洗概念起源较早,从厚锈层到物体表面微细颗粒都可以去除。21世纪以来,我国投入大量人力、物力加强对激光清洗技术研究,伴随着先进激光技术的发展,激光器无论是在能量输出、波长范围还是在激光品质、转能效率上都实现了飞跃式的发展。


激光器发展的同时也促进我国激光清洗技术的飞速发展,激光清洗技术也成为工业、船舶、航空航天等高端制造领域不可或缺的清洗技术,包括轮胎模具表面橡胶污物的去除、金膜表面硅油污染物的去除以及微电子行业的高精密清洗等。

金属表面的除锈、除漆、除油和除氧化层是激光清洗目前应用最多的领域。介于不同激光器在波长、功率等重要参数上存在的差异,不同材料、污渍对激光器波长、功率等要求不一,在实际清洗工作中需根据实际情况选择不同的激光清洗方法。


经过联赢激光工艺研发团队大量实验验证,MOPA激光器、复合激光器是激光清洗市场应用最为广泛的激光器,其次还有少量应用的二氧化碳激光器、紫外激光器、连续激光器。

MOPA脉冲激光清洗

满足各种材料表面清洁

MOPA 光纤激光系统的谐振腔本身是一根光纤。MO(Master Oscillator)即主振荡器,是一种低功率激光器,一般选择合适波长的激光器。低功率激光器 LD(laser Diode)可以通过驱动电流直接调制输出参数,然后通过尾纤把由 LD 产生的信号光耦合进 PA(Power Amplifier)功率放大系统进行信号光的放大。


MOPA激光器是激光清洗应用最为广泛的一种,由于MOPA 光纤激光系统可以严格按照耦合进系统的种子信号源进行放大,不会改变激光的相关特性如中心波长、脉冲波形和脉宽。因此参数调节维度更高,范围更广,针对不同材料的不同应用场景,适应性更强,工艺窗口区间更大,满足各种材料表面清洁。


另外,MOPA激光器具有较高的激光能量余量,可以通过改善激光清洗装置,如加大激光加工光斑,配合智能化系统等,实现激光清洗装备升级。值得一提的是,由于MOPA激光器具有优良的性能和灵活的场景适用性,在新能源电池等新兴产业应用尤为广泛。

▲MOPA激光器在激光清洗中的应用

复合激光清洗

除漆的最佳选择

激光复合清洗通过半导体连续激光作为热传导输出,使待清洗附着物吸收能量产生气化、等离子云,并在金属材料和附着物之间形成热膨胀压力,降低两者层间结合力。当激光器输出高能脉冲激光束时,产生的振动冲击波使结合力不强的附着物直接脱离金属表面,从而实现激光快速清洗。

▲动力电池壳体除漆(来源:联赢激光)


激光复合清洗同时将连续激光和脉冲激光功能性复合,形成1+1>2的处理特点。速度快、效率高、清洗品质更加均匀,针对不同的材料,还可使用不同波长的激光器同时进行清洗以达到清除污渍的目的。

▲发卡电机除漆(来源:联赢激光)


目前,激光复合清洗被广泛应用在船舶、汽修、橡胶模具、高端机床、轨道以及环保等领域,有效清除物件表面树脂、油漆、油污、污渍、污垢、锈蚀、涂层、镀层以及氧化层。


例如,在较厚涂层材料激光清洗中,单一激光多脉冲能量输出量大,成本高,采用脉冲激光-半导体激光复合清洗,可快速、有效提高清洗质量,且不造成基材损伤;在铝合金等高反射材料激光清洗中,单一激光存在反射率大等问题,采用脉冲激光-半导体激光复合清洗,在半导体激光热导传输的作用下,增大金属表面氧化层能量吸收率,使脉冲激光束能够更快剥离氧化层,从而更有效的提高清除效率,尤其除漆效率提高2倍以上。

二氧化碳激光清洗

清除非金属材料的不二选择

二氧化碳激光器是以CO2气体作为工作物质的气体激光器,里面充以CO2气体和其他辅助气体(氦气和氮气以及少量的氢或氙气),具有较好的方向性、单色性和频率稳定性。由于放电管通常由玻璃或石英材料制成,常见的CO2激光器有玻璃管CO2激光器和金属射频管CO2激光器两种。

▲除胶(来源:联赢激光)


基于本身具有的独特波长,CO2激光器是除胶、除涂层、除油墨等非金属材料表面清洗的不二选择。例如,使用 CO2激光器去除铝合金表面的复合漆层,既不损伤阳极氧化膜表面,又不令其厚度减小。联赢激光在3C产业PCB油墨清洗、新能源动力电池极片轧辊胶清洗、软包极耳封口有着丰富的激光清洗解决方案,能够为客户提供定制化需求。

▲软包极耳封口除胶(来源:联赢激光)

紫外激光清洗

使用精密器件

用于激光微细加工的紫外激光器主要有准分子激光器和全固态激光器。紫外激光波长短,单光子能量高,能够直接打断材料间连接的化学键,材料以气态或微粒的形式被剥离表面,加工过程中产生的热影响区小,在微细制造中具有独特优势,如 Si、GaN 等半导体材料,石英、蓝宝石等光学晶体,以及聚酰亚胺(PI)、聚碳酸酯(PC)等高聚物材料,能够有效提高制造品质。

▲芯片引脚清洗 (来源:联赢激光)


紫外激光被认为是精密电子领域最佳的激光清洗方案,其最有特点的精细“冷”加工技术在不改变物体物理性质的同时,对表面进行微加工和处理,能广泛应用于通讯、光学、军事、刑侦、医疗等各个行业和领域。例如,5G 时代催生了 FPC 加工市场需求。紫外激光机的应用让 FPC 等材料的精密冷加工成为可能。

连续光纤激光清洗

除金属表面浮锈

连续光纤激光器工作原理是由泵浦源发出的泵浦光通过一面反射镜耦合进入增益介质中,由于增益介质为掺稀土元素光纤,因此泵浦光被吸收,吸收了光子能量的稀土离子发生能级跃迁并实现粒子数反转,反转后的粒子经过谐振腔,由激发态跃迁回基态,释放能量,并形成稳定的激光输出,最大优势是可以连续出光

▲焊后清洗(来源:联赢激光)


实际激光清洗应用中,连续光纤激光器应用较少,但也有少量应用,例如一些大型钢结构、管道等,由于体积大散热快,对基材损伤要求不高,则可以选择连续激光器。

▲除锈(来源:联赢激光)


值得一提的是,随着环形光斑技术的突破及稳定,具备工艺调整方便,操作简单等优势的环形光纤激光器在焊接、清洗领域得到广泛普及,经过联赢激光工艺中心工程师大量实验证明,该技术用于除浮锈,能极大地提高清洗效率。


绿色智造大势所趋,随着科技的进步以及环保要求的提高,激光清洗将会更深度更全面的参与到中国制造业产业迭代的过程中,成为行业清洁生产的主力清洁方式。联赢激光秉持联合共赢、智造未来的理念,针对各行各业焊接、清洗需求,有着丰富的激光装备解决方案!


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