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清洗

2018年國內(nèi)激光清洗發(fā)展的機遇與挑戰(zhàn)

rongpuiwing 來源:激光制造網(wǎng)2018-11-15 我要評論(0 )   

隨著我國環(huán)境保護法規(guī)要求越來越嚴(yán)格,人們的環(huán)保意識也在日益增強,傳統(tǒng)清洗工業(yè)的諸多缺點越來越明顯,特別是對空氣和水帶來污

隨著我國環(huán)境保護法規(guī)要求越來越嚴(yán)格,人們的環(huán)保意識也在日益增強,傳統(tǒng)清洗工業(yè)的諸多缺點越來越明顯,特別是對空氣和水帶來污染。而激光清洗具有更清潔、非接觸、高效靈活和適用于各種材質(zhì)的物體等清洗特點,目前被認(rèn)為是最環(huán)保、最有效的解決辦法,同時激光清洗可以解決采用傳統(tǒng)清洗方式無法解決的問題。

那么,什么是激光清洗呢?激光清洗技術(shù)主要是利用激光高能、高重復(fù)頻率、高功率的特性,把高能量密度的光束打在待清洗物體表面的較小區(qū)域,利用基底材料與附著物對激光吸收能力的差異,使物體表面“藏污納垢”的附著物或涂層瞬間“蒸發(fā)”或剝離。相比于傳統(tǒng)清洗方式,激光清洗具有非接觸、無磨刷、無污染物排放和適用性廣等諸多優(yōu)勢,被認(rèn)為是最可靠、最有效的“清潔工”,目前已經(jīng)在武器裝備清洗、文物保護、精密零件維護、飛行航空器、軌道機車等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。

激光清洗技術(shù)實際應(yīng)用

激光清洗不但可以用來清洗有機的污染物,也可以用來清洗無機物,包括金屬的銹蝕、金屬微粒、灰塵等。一般激光清洗技術(shù)應(yīng)用于模具的清洗、飛機舊漆的清除、樓宇外墻的清洗、電子工業(yè)中的清洗、精密機械工業(yè)中的精確去酯清洗、核電站反應(yīng)堆內(nèi)管道清洗等領(lǐng)域。

激光清洗它不需要使用任何化學(xué)藥劑,清洗下來的固體廢料更易存放回收?!叭彳洘o形”的光更不會對裝備表面產(chǎn)生機械作用等“二次傷害”,且清潔度較高。同時,激光清洗效率高、用時少、使用成本低,購買激光清洗系統(tǒng)雖然前期一次性投入較高,但清洗系統(tǒng)可以長期穩(wěn)定使用,運行成本低,每小時的運行費用僅為10元左右,更重要的是可以方便地實現(xiàn)自動化操作。

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圖1 激光清洗金屬部件的效果

激光清洗在國外的發(fā)展

激光清洗技術(shù)研究起步于20世紀(jì)80年代中期,但直到20世紀(jì)90年代初期才真正步入工業(yè)生產(chǎn)中,在許多場合逐步取代傳統(tǒng)清洗方法。眾所周知,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(xué)、博物館、雕塑等均有數(shù)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(fù),自1990年代中已經(jīng)開始把激光清洗技術(shù)用于文物修復(fù)去污。

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(xì)顆粒都可以去除,在去污中涉及激光清洗實驗所使用的設(shè)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(shù)的發(fā)展不平衡,有些已實現(xiàn)工業(yè)化,有的還處于實驗室階段。目前發(fā)達(dá)國家對于激光清洗的應(yīng)用并不陌生,已有近30年的使用經(jīng)驗。值得一提的是,發(fā)達(dá)國家經(jīng)歷了過百年的現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展史,也曾經(jīng)有過嚴(yán)重的空氣、水、土壤污染等環(huán)境問題,倫敦還曾被稱為霧都,而洛杉磯也有過“毒霧”事件,經(jīng)過近半個世紀(jì)的環(huán)境整治和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移,加上使用了像激光加工、清洗這樣的清潔技術(shù),發(fā)達(dá)國家目前環(huán)保問題做得非常不錯。值得一提的是,如今發(fā)達(dá)國家環(huán)保工藝發(fā)展高峰已過,激光清洗使用率也高,產(chǎn)業(yè)發(fā)展也已整合完成,主要供應(yīng)商包括P-laser, CleanLaser, Adapt Laser Systems, General Lasertronics等,目前歐美國家的激光清洗市場表現(xiàn)穩(wěn)定,但由于市場空間有限,并沒有表現(xiàn)出爆發(fā)性增長,真正的大市場在中國以及一些新興工業(yè)國家。

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圖2 銘鐳激光的激光清洗設(shè)備

中國激光清洗發(fā)展

中國是公認(rèn)的制造大國,也是全球最大的加工國家,工業(yè)體量也是世界第一。為了工業(yè)現(xiàn)代化,解決大量的勞動力問題,中國在1990年代至今的20多年里,從引進(jìn)外企到內(nèi)生企業(yè),用了25年的時間走完了歐美國家100年的工業(yè)化進(jìn)程,繼而帶來的是環(huán)境惡化和工業(yè)污染,廢水、廢氣、廢棄物品毫無節(jié)制的排放。藍(lán)天被霧霾覆蓋、飲用水帶異味、土壤重金屬超標(biāo)、各種廢棄垃圾圍城,都是當(dāng)下環(huán)境突出問題。我國政府早已意識問題,也大力建設(shè)污水處理廠、廢氣吸附過濾設(shè)施等,然而這種措施只是先排放后處理,成本也非常高。在這種背景下,改變一些生產(chǎn)工序上的工藝和升級更加環(huán)保的清洗工藝,就成為非常迫切與必要的任務(wù)。激光清洗/除銹就是一項非常有發(fā)揮潛力選擇。

筆者一直認(rèn)為激光清洗技術(shù)不能算作一項激光加工,它是區(qū)別于激光加工的一種工件表面處理技術(shù),它與以往的激光切割、焊接、鉆孔、標(biāo)刻、熔覆等不一樣,這些是利用激光高能量與材料作用,改變材料的形狀、性質(zhì)或部件之間的關(guān)系,以實現(xiàn)加工效果,而激光清洗是不改變材料基質(zhì),只是把表面的污跡、銹跡、粉塵或者殘留物清除干凈,是一項表面“洗刷”工藝,而不是一項激光加工技術(shù)。盡管如此,并不意味著激光清洗就是一項毫無技術(shù)可言的工藝,相反,它的應(yīng)用必須考慮到材料的材質(zhì)、污跡的厚度、激光功率與能量適度等的因素,因其適用面較廣泛,不同的材料應(yīng)用需要不同參數(shù)的激光清洗系統(tǒng),因此在工藝探索、研究、測試方面仍然有很多文章可做。

我國激光清洗技術(shù)的研究和設(shè)備的開發(fā)起步晚,基本上是跟蹤國外的發(fā)展,雖然在較短時間內(nèi)取得了一些成果,但是與國外相比存在明顯的差距。自2004年始,我國學(xué)術(shù)界陸續(xù)出現(xiàn)一些關(guān)于激光清洗的研究文章,至2010年,中國工程物理研究院激光聚變中心在國內(nèi)最早嘗試開發(fā)了激光清洗設(shè)備,并成功運用在云岡石窟、石壁、石像、壁畫等文物古跡。接著幾年內(nèi)國內(nèi)各種科研機構(gòu)關(guān)于激光清洗工藝的論文逐漸增加,關(guān)注度也頗多。

至2015年以前,國內(nèi)外關(guān)于激光清洗應(yīng)用的主要是固態(tài)激光器,2016年外國激光器巨頭IPG Photonics推出了可用于激光清洗的高頻率光纖激光器,引起廣泛的關(guān)注。國內(nèi)的激光器廠商創(chuàng)鑫激光首先跟進(jìn),于2016年下半年最早在國內(nèi)推出了100W的用于激光清洗的脈沖光纖激光器。2016年10月,位于深圳的銘鐳激光首次在國內(nèi)推出了200W 和500W 的工業(yè)激光清洗機。2017年3月,國內(nèi)主要的幾家光纖激光器廠商均推出了可用于激光清洗的激光器產(chǎn)品,而從事激光清洗設(shè)備開發(fā)的企業(yè)也層出不窮,激光清洗從一項“黑科技”逐漸顯露在人們眼前,為更多的人所認(rèn)識,從事汽車、模具、家電、電子制造、噴涂、金屬制品等各行各業(yè)的人知道了激光清洗神奇的效率與環(huán)保“功效”后,都表示非常有興趣試用一下。2017年9月,《激光制造商情》在江門智博會期間,舉辦了國內(nèi)第一場“中國激光清洗應(yīng)用技術(shù)論壇”,及時響應(yīng)業(yè)界需求舉辦這場活動,有效探討了激光清洗的不同技術(shù)工藝和發(fā)展方向。

早期的激光清洗機由于科技含量高、激光器采購成本高,整機定價也偏高,過百萬的一臺機都有,許多潛在用戶盡管表達(dá)了想用的意愿,但是面對過百萬的采購成本,還是猶豫不決。由于過去一年多時間,從事類似激光器生產(chǎn)的廠家也有了,做激光清洗整機的廠家更多了,整體的價格有所下降,現(xiàn)在一臺中等功率的激光清洗機從30萬至70萬的都有,當(dāng)然產(chǎn)品質(zhì)量方面也是良莠不齊,在采購時必須認(rèn)真甄別。

如今國內(nèi)從事激光清洗的科研機構(gòu)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(xué)院再制造中心、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、華中科技大學(xué)、南開大學(xué)等,相關(guān)激光器廠家主要有創(chuàng)鑫激光、銳科激光、海富光子、飛博激光、中科四象、國科激光等,而從事激光清洗設(shè)備開發(fā)的企業(yè)就更多了,大族激光智能裝備集團、華工激光、銘鐳激光、帝耐激光、艾思蘭、紐芬奇機電、武鋼華工、嘉信激光、奧華激光、匯澤激光、瑞豐光電、翔明激光等,其中個別企業(yè)最高可以提供1000W的清洗機。目前國內(nèi)提供激光清洗用的光纖激光器最高功率水平去到800W,由海富光子生產(chǎn),創(chuàng)鑫激光正在研發(fā);而在1000W功率水平則僅是IPG一家提供。由于脈沖光纖激光器的功率局限,更高功率的激光清洗應(yīng)用,目前則要用上固體激光器,英國的Powerlase公司可提供1600W用于激光清洗的固體激光器。一些從事配套產(chǎn)品的企業(yè)也順勢推出了激光清洗頭,比如金海創(chuàng)科技。較早開發(fā)的激光清洗機主要是手持式的,但由于激光的高亮度和高能量,使用高功率的激光時采用手持式也許不太適合,一些企業(yè)逐漸研發(fā)出了機器人激光清洗系統(tǒng),包括銘鐳、嘉信、匯澤幾家,實現(xiàn)了自動化清洗控制,大大提高了清洗效率和人的安全。

盡管自2016年至2017年,激光清洗的工業(yè)應(yīng)用吸引了各行各業(yè)的普遍關(guān)注,然而市場的成長與用戶接受還是需要一些時間,直至2017年底,筆者預(yù)估全國有超過40家企業(yè)與科研機構(gòu)從事激光清洗系統(tǒng)的研究與開發(fā),總體激光清洗相關(guān)產(chǎn)品的營收不超過5億元。因為激光清洗的工業(yè)應(yīng)用在中國還是比較新,有些是初創(chuàng)企業(yè),其業(yè)績還不到一千萬,而像大族激光、華工激光、銘鐳激光等兼做清洗設(shè)備的,可依靠原來積累的品牌影響贏得一些訂單。據(jù)悉,進(jìn)入2018年各家激光清洗設(shè)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超過60%。一部分原因是目前從事激光清洗設(shè)備的企業(yè)增加,各式機器層出不窮,價格也有一定下降,另外就是以往一些潛在用戶在觀望了解后,今年下決心采購用上激光清洗。

激光清洗挑戰(zhàn)與憧憬

如今,激光清洗工藝的持續(xù)發(fā)展為激光技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域開辟了許多新的機遇,這一工藝在微電子、建筑、汽車制造、醫(yī)療、船舶清洗保養(yǎng)等領(lǐng)域的開發(fā)方興未艾,應(yīng)用市場前景極為廣闊。在當(dāng)前對于環(huán)保和安全意識日益增強的時代背景下,如何尋找更清潔,且不具損傷性的清洗方式是亟需思考的課題。

激光清洗技術(shù)的出現(xiàn),開辟了激光技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用的新領(lǐng)域,它在微電子、建筑、核電站、汽車制造,醫(yī)療、文物保護等領(lǐng)域的開發(fā)方興未艾,應(yīng)用市場前景廣闊。經(jīng)過20多年的發(fā)展,激光加工我國的應(yīng)用已初具規(guī)模,激光加工設(shè)備不僅進(jìn)入了一些大型企業(yè)生產(chǎn)線,還布滿了大大小小的臨街激光加工站,這些為推廣激光加工作出了重要貢獻(xiàn)。激光清洗在金屬除銹和模具去污方面的應(yīng)用還非常少,而激光清洗技術(shù)在汽車制造、建筑等領(lǐng)域的市場仍在開發(fā)之中,在臨街代加工門店更是看不到。因此激光清洗還有很長的路要走。

據(jù)市場調(diào)研報告顯示, 2018年,全球激光清洗市場的價值將達(dá)到5.89億美元,到2023年這一數(shù)值預(yù)計將達(dá)到7.24億美元,2018年和2023年之間的復(fù)合年增長率(CAGR)為4.22%。上述領(lǐng)域不少屬于國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè),激光清洗技術(shù)添入其中后,產(chǎn)生的經(jīng)濟效益和社會效益是十分可觀的,利用我國現(xiàn)有的激光技術(shù)條件,開發(fā)配套的激光清洗設(shè)備,并使其在短時間內(nèi)實用化、產(chǎn)業(yè)化、是完全可能的,對推動高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展本身亦具有重要意義。

另外一個問題,目前還有些潛在用戶認(rèn)為激光清洗設(shè)備價格偏高,同時對各種清洗要求的工藝開發(fā)不夠充分,導(dǎo)致還非常猶豫未能采購使用。筆者認(rèn)為隨著激光清洗應(yīng)用的推廣發(fā)展,未來設(shè)備系統(tǒng)價格還是有一些下降空間,然而機械設(shè)備價格不可能無限下降,就像激光打標(biāo)機,經(jīng)歷了幾年慘烈價格戰(zhàn)后現(xiàn)在已經(jīng)降無可降了。

激光清洗的繼續(xù)發(fā)展必然會帶來更多款式的產(chǎn)品,這不僅僅是一項工業(yè)應(yīng)用技術(shù),筆者相信它還可以結(jié)合生活應(yīng)用,盡管現(xiàn)在不銹鋼和鋁制品應(yīng)用廣泛,但是每家每戶都有金屬用品和工具,許多人會因為一件工具生銹了而把它丟掉。假如以后臨街的大小激光加工門店都配備了激光清洗機器,家里的農(nóng)具、刀具、鉗子等生銹了,拿去給人家清洗修復(fù)后,煥然一新,就像20年前那些進(jìn)村里給人提供磨刀服務(wù)。試想一下,這樣的激光清洗是多大的一門生意!

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激光清洗銘鐳激光
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