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金屬五金

聯(lián)贏激光揭秘各類激光器在激光清洗中的應(yīng)用

激光制造網(wǎng) 來源:聯(lián)贏激光2022-07-21 我要評論(0 )   

激光清洗的實(shí)質(zhì)是將高能量密度的激光束照射至工件表面,使工件表面的污物、氧化層、鍍層或涂層等受熱發(fā)生瞬間熔融、燒蝕、蒸發(fā)或剝離,從而實(shí)現(xiàn)工件表面潔凈化而不損傷...

激光清洗的實(shí)質(zhì)是將高能量密度的激光束照射至工件表面,使工件表面的污物、氧化層、鍍層或涂層等受熱發(fā)生瞬間熔融、燒蝕、蒸發(fā)或剝離,從而實(shí)現(xiàn)工件表面潔凈化而不損傷基材的工藝過程,是新一代工業(yè)清潔技術(shù)的理想選擇!



1960年,美國科學(xué)家西奧多哈羅德梅曼研制成功世界上第1臺可實(shí)際利用的紅寶石激光器,從此開啟激光造福人類的大門。接下來六十多年里,激光技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域逐漸拓寬,并在焊接、清洗、切割、打標(biāo)等領(lǐng)域中的應(yīng)用取得重要成果。

▲激光類型適用材料


國外激光清洗概念起源較早,從厚銹層到物體表面微細(xì)顆粒都可以去除。21世紀(jì)以來,我國投入大量人力、物力加強(qiáng)對激光清洗技術(shù)研究,伴隨著先進(jìn)激光技術(shù)的發(fā)展,激光器無論是在能量輸出、波長范圍還是在激光品質(zhì)、轉(zhuǎn)能效率上都實(shí)現(xiàn)了飛躍式的發(fā)展。


激光器發(fā)展的同時(shí)也促進(jìn)我國激光清洗技術(shù)的飛速發(fā)展,激光清洗技術(shù)也成為工業(yè)、船舶、航空航天等高端制造領(lǐng)域不可或缺的清洗技術(shù),包括輪胎模具表面橡膠污物的去除、金膜表面硅油污染物的去除以及微電子行業(yè)的高精密清洗等。

金屬表面的除銹、除漆、除油和除氧化層是激光清洗目前應(yīng)用最多的領(lǐng)域。介于不同激光器在波長、功率等重要參數(shù)上存在的差異,不同材料、污漬對激光器波長、功率等要求不一,在實(shí)際清洗工作中需根據(jù)實(shí)際情況選擇不同的激光清洗方法。


經(jīng)過聯(lián)贏激光工藝研發(fā)團(tuán)隊(duì)大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,MOPA激光器、復(fù)合激光器是激光清洗市場應(yīng)用最為廣泛的激光器,其次還有少量應(yīng)用的二氧化碳激光器、紫外激光器、連續(xù)激光器。

MOPA脈沖激光清洗

滿足各種材料表面清潔

MOPA 光纖激光系統(tǒng)的諧振腔本身是一根光纖。MO(Master Oscillator)即主振蕩器,是一種低功率激光器,一般選擇合適波長的激光器。低功率激光器 LD(laser Diode)可以通過驅(qū)動電流直接調(diào)制輸出參數(shù),然后通過尾纖把由 LD 產(chǎn)生的信號光耦合進(jìn) PA(Power Amplifier)功率放大系統(tǒng)進(jìn)行信號光的放大。


MOPA激光器是激光清洗應(yīng)用最為廣泛的一種,由于MOPA 光纖激光系統(tǒng)可以嚴(yán)格按照耦合進(jìn)系統(tǒng)的種子信號源進(jìn)行放大,不會改變激光的相關(guān)特性如中心波長、脈沖波形和脈寬。因此參數(shù)調(diào)節(jié)維度更高,范圍更廣,針對不同材料的不同應(yīng)用場景,適應(yīng)性更強(qiáng),工藝窗口區(qū)間更大,滿足各種材料表面清潔。


另外,MOPA激光器具有較高的激光能量余量,可以通過改善激光清洗裝置,如加大激光加工光斑,配合智能化系統(tǒng)等,實(shí)現(xiàn)激光清洗裝備升級。值得一提的是,由于MOPA激光器具有優(yōu)良的性能和靈活的場景適用性,在新能源電池等新興產(chǎn)業(yè)應(yīng)用尤為廣泛。

▲MOPA激光器在激光清洗中的應(yīng)用

復(fù)合激光清洗

除漆的最佳選擇

激光復(fù)合清洗通過半導(dǎo)體連續(xù)激光作為熱傳導(dǎo)輸出,使待清洗附著物吸收能量產(chǎn)生氣化、等離子云,并在金屬材料和附著物之間形成熱膨脹壓力,降低兩者層間結(jié)合力。當(dāng)激光器輸出高能脈沖激光束時(shí),產(chǎn)生的振動沖擊波使結(jié)合力不強(qiáng)的附著物直接脫離金屬表面,從而實(shí)現(xiàn)激光快速清洗。

▲動力電池殼體除漆(來源:聯(lián)贏激光)


激光復(fù)合清洗同時(shí)將連續(xù)激光和脈沖激光功能性復(fù)合,形成1+1>2的處理特點(diǎn)。速度快、效率高、清洗品質(zhì)更加均勻,針對不同的材料,還可使用不同波長的激光器同時(shí)進(jìn)行清洗以達(dá)到清除污漬的目的。

▲發(fā)卡電機(jī)除漆(來源:聯(lián)贏激光)


目前,激光復(fù)合清洗被廣泛應(yīng)用在船舶、汽修、橡膠模具、高端機(jī)床、軌道以及環(huán)保等領(lǐng)域,有效清除物件表面樹脂、油漆、油污、污漬、污垢、銹蝕、涂層、鍍層以及氧化層。


例如,在較厚涂層材料激光清洗中,單一激光多脈沖能量輸出量大,成本高,采用脈沖激光-半導(dǎo)體激光復(fù)合清洗,可快速、有效提高清洗質(zhì)量,且不造成基材損傷;在鋁合金等高反射材料激光清洗中,單一激光存在反射率大等問題,采用脈沖激光-半導(dǎo)體激光復(fù)合清洗,在半導(dǎo)體激光熱導(dǎo)傳輸?shù)淖饔孟拢龃蠼饘俦砻嫜趸瘜幽芰课章?,使脈沖激光束能夠更快剝離氧化層,從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

清除非金屬材料的不二選擇

二氧化碳激光器是以CO2氣體作為工作物質(zhì)的氣體激光器,里面充以CO2氣體和其他輔助氣體(氦氣和氮?dú)庖约吧倭康臍浠螂瘹猓?strong>具有較好的方向性、單色性和頻率穩(wěn)定性。由于放電管通常由玻璃或石英材料制成,常見的CO2激光器有玻璃管CO2激光器和金屬射頻管CO2激光器兩種。

▲除膠(來源:聯(lián)贏激光)


基于本身具有的獨(dú)特波長,CO2激光器是除膠、除涂層、除油墨等非金屬材料表面清洗的不二選擇。例如,使用 CO2激光器去除鋁合金表面的復(fù)合漆層,既不損傷陽極氧化膜表面,又不令其厚度減小。聯(lián)贏激光在3C產(chǎn)業(yè)PCB油墨清洗、新能源動力電池極片軋輥膠清洗、軟包極耳封口有著豐富的激光清洗解決方案,能夠?yàn)榭蛻籼峁┒ㄖ苹枨蟆?/p>

▲軟包極耳封口除膠(來源:聯(lián)贏激光)

紫外激光清洗

使用精密器件

用于激光微細(xì)加工的紫外激光器主要有準(zhǔn)分子激光器和全固態(tài)激光器。紫外激光波長短,單光子能量高,能夠直接打斷材料間連接的化學(xué)鍵,材料以氣態(tài)或微粒的形式被剝離表面,加工過程中產(chǎn)生的熱影響區(qū)小,在微細(xì)制造中具有獨(dú)特優(yōu)勢,如 Si、GaN 等半導(dǎo)體材料,石英、藍(lán)寶石等光學(xué)晶體,以及聚酰亞胺(PI)、聚碳酸酯(PC)等高聚物材料,能夠有效提高制造品質(zhì)。

▲芯片引腳清洗 (來源:聯(lián)贏激光)


紫外激光被認(rèn)為是精密電子領(lǐng)域最佳的激光清洗方案,其最有特點(diǎn)的精細(xì)“冷”加工技術(shù)在不改變物體物理性質(zhì)的同時(shí),對表面進(jìn)行微加工和處理,能廣泛應(yīng)用于通訊、光學(xué)、軍事、刑偵、醫(yī)療等各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域。例如,5G 時(shí)代催生了 FPC 加工市場需求。紫外激光機(jī)的應(yīng)用讓 FPC 等材料的精密冷加工成為可能。

連續(xù)光纖激光清洗

除金屬表面浮銹

連續(xù)光纖激光器工作原理是由泵浦源發(fā)出的泵浦光通過一面反射鏡耦合進(jìn)入增益介質(zhì)中,由于增益介質(zhì)為摻稀土元素光纖,因此泵浦光被吸收,吸收了光子能量的稀土離子發(fā)生能級躍遷并實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn),反轉(zhuǎn)后的粒子經(jīng)過諧振腔,由激發(fā)態(tài)躍遷回基態(tài),釋放能量,并形成穩(wěn)定的激光輸出,最大優(yōu)勢是可以連續(xù)出光

▲焊后清洗(來源:聯(lián)贏激光)


實(shí)際激光清洗應(yīng)用中,連續(xù)光纖激光器應(yīng)用較少,但也有少量應(yīng)用,例如一些大型鋼結(jié)構(gòu)、管道等,由于體積大散熱快,對基材損傷要求不高,則可以選擇連續(xù)激光器。

▲除銹(來源:聯(lián)贏激光)


值得一提的是,隨著環(huán)形光斑技術(shù)的突破及穩(wěn)定,具備工藝調(diào)整方便,操作簡單等優(yōu)勢的環(huán)形光纖激光器在焊接、清洗領(lǐng)域得到廣泛普及,經(jīng)過聯(lián)贏激光工藝中心工程師大量實(shí)驗(yàn)證明,該技術(shù)用于除浮銹,能極大地提高清洗效率。


綠色智造大勢所趨,隨著科技的進(jìn)步以及環(huán)保要求的提高,激光清洗將會更深度更全面的參與到中國制造業(yè)產(chǎn)業(yè)迭代的過程中,成為行業(yè)清潔生產(chǎn)的主力清潔方式。聯(lián)贏激光秉持聯(lián)合共贏、智造未來的理念,針對各行各業(yè)焊接、清洗需求,有著豐富的激光裝備解決方案!


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激光應(yīng)用激光切割焊接清洗
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