激光清洗应用市场大到你无法想象!

      传统清洗工业设备有各种各样的清洗方式,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要求越来越严格、人们环保和安全意识日益增强的今天,工业生产清洗中可以使用的化学药品种类将变得越来越少。如何寻找更清洁,且不具损伤性的清洗方式是我们不得不考虑的问题。而激光清具有无研磨、非接触、低热效应和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。

       在工件表面污染物中,工件表面附着物与表面之间的结合主要是由于存在以下各种力:共价键、双偶极子、毛细作用、氢键、吸附力和静电力等。其中毛细力、吸附力和静电力是最难破坏的,激光清洗技术就是要克服这几种力。

      这些吸附力要比重力大很多(有几个数量级),并且与粒子直径d有关系,吸附力随着粒子半径减小呈现很慢的线性衰减趋势,而粒子质量m与直径的三次方成正比,由牛顿定律可知F=ma,当粒子尺寸变小时,吸附力所提供的加速度迅速增大。所以,尺寸越小的粒子,清除起来所需的加速度就越大,这就是常规的清洗技术为什么难以清除直径很小的物体表面附着物。

由于物体表面附着物的成分和结构复杂,激光与之作用的机理也各不相同,用于对此作解释最常用的理论模型有以下几种:

1、光气化/光分解

     激光器产生的激光,经过光学系统的聚光可以实现能量的高度集中,聚焦后的激光束在焦点附近可产生几千度甚至几万度的高温,使物体表面附着物瞬间气化或分解。

2、光剥离

      通过激光的作用使物体表面附着物受热膨胀,当物体表面附着物的膨胀力大于其与基体之间的吸附力时,物体表面附着物便会从物体的表面脱离。

3、光振动

       利用较高频率和功率的脉冲激光冲击物体的表面,在物体表面产生超声波,超声波在冲击中下层硬表面以后返回,与入射声波发生干涉,从而产生高能共振波,使污垢发生微小爆裂、粉碎、脱离基体物质表面,当物体与表面附着物对激光束的吸收系数差别不大,或者表面附着物受热后会产生有毒物质等情况时,可以选用这种清洗手段。

目前,激光清洗设备的结构并没有统一的标准,需要根据实际的清洗方法、基材和污物的种类、清洗要求的效果等因素来决定,但是,它们在一些基本的结构上还是大致相同的,主要包括激光器、移动平台、实时监测系统、半/自动控制操作系统及其他辅助系统等部分。

激光清洗技术的国内发展现状

      我国激光清洗技术的研究和设备的开发起步晚,基本上是跟踪国外的发展,虽然在较短时间内取得了一些成果,但是与国外相比存在明显的差距,因此,国内较为成熟的激光清洗设备并不多,大部分还处于实验室研究阶段,其清洗效率和稳定性有待进一步的提高,其中南京帝耐激光联合上海光学精密机械研究所研发出系列激光清洗机,已经研发出五轴激光清洗机,并且商用。应用到一些工业、科研、军工等市场,他们申请了一系列专利,其公司系列产品如下:



激光清洗技术的国外发展现状

      激光清洗技术研究起步于20世纪80年代中期,但直到20世纪90年代初期才真正步入工业生产中,在许多场合逐步取代传统清洗方法。国外激光清洗的去污范围非常广泛,从厚锈层到激光表面微细颗粒都可以去除,在去污中涉及激光清洗实验所使用的设备种类也比较多,所用激光器的波长范围广,但激光清洗技术的发展不平衡,有些已实现工业化,有的还处于实验室阶段。

例如

1、国外在激光模具的清洗方面,已经发展到1000 W激光手动清洗机;

2、电子线路清洗采用248 nm激光,3 W,20 ns,已经工业化;

3、在芯片领域,采用248 nm,5 W纳秒紫外清洗,效果非常好;

4、在光掩膜,采用紫外激光,已经完全取代传统化学方法;

       在激光除锈、激光除污染物方面,已经规模化应用,而且实验先于理论。另外在半导体领域、磁头和绝缘体领域已经开始实验验证。

       德国Cleanlaser公司近年来致力于研究可以实现塑胶射出模和橡胶硫化模具线上,线上、高温清洗垢激光清洗设备,下面根据其所使用激光器的功率级别,其中Clealaser公司、P-laser公司最为著名,以下介绍几种典型的激光清洗系统的性能和特点。


Cleanlaser产品类型

激光清洗技术的前景预测:激光清洗技术的出现,开辟了激光技术在工业应用的新领域,它在微电子、建筑、核电站、汽车制造,医疗、文物保护等领域的开发方兴未艾,应用市场前景广阔,我国在大型件激光加工技术领域的应用已初具规模,在钢铁除锈和模具去污方面的应用还是空白,而激光清洗技术在汽车制造、建筑等领域的市场仍在开发之中,目前虽然还难以详细估计激光清洗技术的应用市场份额,但上述领域不少属于国民经济的支柱产业,激光清洗技术添入其中后,产生的经济效益和社会效益是十分可观的,利用我国现有的激光技术条件,开发配套的激光清洗设备,并使其在短时间内实用化、产业化、是完全可能的,对推动高新技术产业的发展本身亦具有重要意义。





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