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      聯贏激光揭秘各類激光器在激光清洗中的應用
      材料來源:聯贏激光           錄入時間:2022/7/20 23:11:33

      激光清洗的實質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生瞬間熔融、燒蝕、蒸發或剝離,從而實現工件表面潔凈化而不損傷基材的工藝過程,是新一代工業清潔技術的理想選擇!

      1960年,美國科學家西奧多哈羅德梅曼研制成功世界上第1臺可實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,激光技術應用領域逐漸拓寬,并在焊接、清洗、切割、打標等領域中的應用取得重要成果。

      ▲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顆粒都可以去除。21世紀以來,我國投入大量人力、物力加強對激光清洗技術研究,伴隨著先進激光技術的發展,激光器無論是在能量輸出、波長范圍還是在激光品質、轉能效率上都實現了飛躍式的發展。

      激光器發展的同時也促進我國激光清洗技術的飛速發展,激光清洗技術也成為工業、船舶、航空航天等高端制造領域不可或缺的清洗技術,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用最多的領域。介于不同激光器在波長、功率等重要參數上存在的差異,不同材料、污漬對激光器波長、功率等要求不一,在實際清洗工作中需根據實際情況選擇不同的激光清洗方法。

      經過聯贏激光工藝研發團隊大量實驗驗證,MOPA激光器、復合激光器是激光清洗市場應用最為廣泛的激光器,其次還有少量應用的二氧化碳激光器、紫外激光器、連續激光器。

      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)可以通過驅動電流直接調制輸出參數,然后通過尾纖把由 LD 產生的信號光耦合進 PA(Power Amplifier)功率放大系統進行信號光的放大。

      MOPA激光器是激光清洗應用最為廣泛的一種,由于MOPA 光纖激光系統可以嚴格按照耦合進系統的種子信號源進行放大,不會改變激光的相關特性如中心波長、脈沖波形和脈寬。因此參數調節維度更高,范圍更廣,針對不同材料的不同應用場景,適應性更強,工藝窗口區間更大,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,配合智能化系統等,實現激光清洗裝備升級。值得一提的是,由于MOPA激光器具有優良的性能和靈活的場景適用性,在新能源電池等新興產業應用尤為廣泛。

      ▲MOPA激光器在激光清洗中的應用

      復合激光清洗

      除漆的最佳選擇

      激光復合清洗通過半導體連續激光作為熱傳導輸出,使待清洗附著物吸收能量產生氣化、等離子云,并在金屬材料和附著物之間形成熱膨脹壓力,降低兩者層間結合力。當激光器輸出高能脈沖激光束時,產生的振動沖擊波使結合力不強的附著物直接脫離金屬表面,從而實現激光快速清洗。

      ▲動力電池殼體除漆(來源:聯贏激光)

      激光復合清洗同時將連續激光和脈沖激光功能性復合,形成1+1>2的處理特點。速度快、效率高、清洗品質更加均勻,針對不同的材料,還可使用不同波長的激光器同時進行清洗以達到清除污漬的目的。

      ▲發卡電機除漆(來源:聯贏激光)

      目前,激光復合清洗被廣泛應用在船舶、汽修、橡膠模具、高端機床、軌道以及環保等領域,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-半導體激光復合清洗,可快速、有效提高清洗質量,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-半導體激光復合清洗,在半導體激光熱導傳輸的作用下,增大金屬表面氧化層能量吸收率,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氣體作為工作物質的氣體激光器,里面充以CO2氣體和其他輔助氣體(氦氣和氮氣以及少量的氫或氙氣),具有較好的方向性、單色性和頻率穩定性。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:聯贏激光)

      基于本身具有的獨特波長,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合漆層,既不損傷陽極氧化膜表面,又不令其厚度減小。聯贏激光在3C產業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,能夠為客戶提供定制化需求。

      ▲軟包極耳封口除膠(來源:聯贏激光)

      紫外激光清洗

      使用精密器件

      用于激光微細加工的紫外激光器主要有準分子激光器和全固態激光器。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鍵,材料以氣態或微粒的形式被剝離表面,加工過程中產生的熱影響區小,在微細制造中具有獨特優勢,如 Si、GaN 等半導體材料,石英、藍寶石等光學晶體,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。

      ▲芯片引腳清洗 (來源:聯贏激光)

      紫外激光被認為是精密電子領域最佳的激光清洗方案,其最有特點的精細“冷”加工技術在不改變物體物理性質的同時,對表面進行微加工和處理,能廣泛應用于通訊、光學、軍事、刑偵、醫療等各個行業和領域。例如,5G 時代催生了 FPC 加工市場需求。紫外激光機的應用讓 FPC 等材料的精密冷加工成為可能。

      連續光纖激光清洗

      清除金屬表面浮銹

      連續光纖激光器工作原理是由泵浦源發出的泵浦光通過一面反射鏡耦合進入增益介質中,由于增益介質為摻稀土元素光纖,因此泵浦光被吸收,吸收了光子能量的稀土離子發生能級躍遷并實現粒子數反轉,反轉后的粒子經過諧振腔,由激發態躍遷回基態,釋放能量,并形成穩定的激光輸出,最大優勢是可以連續出光。

      ▲焊后清洗(來源:聯贏激光)

      實際激光清洗應用中,連續光纖激光器應用較少,但也有少量應用,例如一些大型鋼結構、管道等,由于體積大散熱快,對基材損傷要求不高,則可以選擇連續激光器。

      ▲除銹(來源:聯贏激光)

      值得一提的是,隨著環形光斑技術的突破及穩定,具備工藝調整方便,操作簡單等優勢的環形光纖激光器在焊接、清洗領域得到廣泛普及,經過聯贏激光工藝中心工程師大量實驗證明,該技術用于除浮銹,能極大地提高清洗效率。

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

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