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深度分析:激光清洗行業的現狀與未來

當今的制造業發展迅猛,各種機械、電子產品的應用規模均大為增長。但這些設備在裝配之前以及運行一段時間之后,都需要進行一些維護,其中就包括對部分材料或部件進行清洗。傳統的清洗工藝如機械摩擦清洗、化學腐蝕清洗、強力沖擊清洗、高頻超聲清洗等,非常耗時,無法實現自動化,而且通常對環境造成有害影響。同時,也沒有測量清潔效果的可靠方法。與之相比,激光清洗具有無污染、無消耗品、成本低、效率高、無接觸、無應力、無損傷、可控性好、可選區精密清洗、可清洗難以到達的危險的區域等優點,被認為是未來最可靠、最有效的解決清洗問題的辦法。


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作用機理
激光清洗是利用窄脈寬、高功率密度的激光作用于待清洗物表面,在快速光振動、汽化、分解和等離子體剝離等機理的共同作用下,使污物脫離基底,實現表面清洗。目前,典型的激光清洗方法主要有三種:激光燒蝕清洗、液膜輔助激光清洗和激光沖擊波式清洗方法。在以上三種方法中,激光燒蝕清洗方法的操作條件簡單,使用最為廣泛,選擇合適的激光器類型、采用優化的工藝參數可去除各種涂層、油漆、顆粒或污物。其余兩種方法雖然也具有各自的優點,但目前應用仍處于研究階段,沒有大規模推廣。


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▲激光清洗原理圖


激光清洗機一般主要由激光器、光束傳輸整形單元、自動控制操作系統、清洗質量檢測保護單元、位移平臺等組成。


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▲激光清洗機結構圖


應用領域
激光清洗技術研究起步于20世紀80年代中期,但直到20世紀90年代初期才真正步入工業生產中,在模具清洗、材料表面處理、大型裝備與精密機械等除漆除銹等方面得到良好的應用。此外,歐洲國家普遍保留了大量的歷史文物和古老建筑,許多教堂、城堡、大學、博物館、雕塑等均有數百年甚至千年歷史,歐洲人十分注重這些“古董”的保護與修復,自1990年代中已經開始把激光清洗技術用于文物修復去污。


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國內外現狀
國外激光清洗的去污范圍非常廣泛,從厚銹層到激光表面微細顆粒都可以去除,已有近30年的使用經驗,在去污中涉及激光清洗實驗所使用的設備種類也比較多,所用激光器的波長范圍廣。但激光清洗技術的發展不平衡,有些已實現工業化,有的還處于實驗室階段。目前歐美國家的激光清洗市場表現穩定,主要供應商包括P-laser, CleanLaser, Adapt Laser Systems, General Lasertronics,IPG等。具體包括激光模具的清洗方面,已經發展到1000 W激光手動清洗機;電子線路清洗采用248 nm、3 W、20 ns的激光,已實現工業化;采用248 nm、5 W的納秒紫外光清洗芯片,取得非超好的效果;在光掩膜領域,紫外激光已經完全取代傳統化學清洗方法;在激光除銹、激光除污染物方面,已經規模化應用,而且實驗先于理論。另外在半導體領域、磁頭和絕緣體領域已經開始實驗驗證。

我國激光清洗技術的研究和設備的開發起步晚,基本上是跟蹤國外的發展,雖然在較短時間內取得了一些成果,但與國外相比還有較大差距。目前從事激光清洗的科研機構包括中國工程物理研究院激光聚變中心、解放軍裝甲兵工程學院再制造中心、哈爾濱工業大學、華中科技大學、南開大學等。盡管近年學術界激光清洗的研究文章逐漸增多,清洗材料種類和應用領域逐漸擴大,但各領域研究發展不平衡,很多問題尚未解決,例如在某些領域與噴砂清洗和化學清洗等傳統工藝相比,激光清洗的效率并無優勢。


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▲激光清洗在金屬表面除銹上的應用


國內從事激光清洗設備開發的企業較多,但由于應用較新,還需要一段時間來等待市場的成長。大族激光智能裝備集團、華工激光、銘鐳激光等兼做清洗設備的,可依靠原有品牌積累贏得一些訂單,對初創企業而言就較為艱難。相關激光器廠家主要有創鑫激光、銳科激光、海富光子、珠西激光、飛博激光、中科四象、國科激光等,目前國內實現的最高輸出功率為海富光子生產的800W激光器,而創鑫激光正進行1000W激光器的研發,已實現1000W功率輸出的僅有IPG一家。


市場前景
據市場調研報告顯示,2018年,全球激光清洗市場的價值將達到5.89億美元,到2023年這一數值預計將達到7.24億美元,2018年和2023年之間的復合年增長率(CAGR)為4.22%。據了解,2018年以來各家激光清洗設備公司均取得了不錯的增長,保守估計上半年的銷售額比去年增長了60%以上。一方面是因為目前從事激光清洗設備的企業增加,各式機器層出不窮,推動價格下降;另一方面是一些潛在用戶在觀望了解后,在今年開始采購激光清洗設備。整體來看,市場處于上升階段,前景廣闊。
但需要正視的是,目前我國激光清洗市場還存在一些短板。例如用于清洗的國產激光器技術和產業化還落后國外;激光清洗工藝應用點很多,但還沒有形成成熟的體系;還沒有具備指導性的檢測方法、儀器和行業標準。這需要國內相關科研院所、生產企業、終端應用單位等共同努力,一起解決我國激光清洗行業的難題。

 

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