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。
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。
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。