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人類(lèi)生活在地球上，沒(méi)有光，就沒(méi)有生命，因而光是人類(lèi)賴(lài)以生存的基本條件之一。光以許多不同的途徑給予我們靈感。而雷射是一種特別有吸引力的光，然而令人驚訝的是，大多數(shù)情況下你是看不到雷射的，只有作用于工件上所產(chǎn)生之巨大雷射時(shí)，我們才能體會(huì)到光的能量存在。
過(guò)去的30年，雷射幾乎進(jìn)入了工業(yè)加工的每一個(gè)領(lǐng)域。雷射清洗是20~21世紀(jì)以來(lái)人類(lèi)在醫(yī)美及工業(yè)上的一種新型的表面處理技術(shù)。因此引起越來(lái)越多的科學(xué)家、工程師、航空、天文、環(huán)保界、建筑界、藝術(shù)家、歷史學(xué)家和文物工作者的興趣與重視。雷射清洗屬于干洗制成，不需要任何有機(jī)溶劑與藥劑，沒(méi)有廢料排放，殘?jiān)?，因此不?huì)造成環(huán)境污染。而能有效清除其它方法難以去除干凈的污染物質(zhì)，另附著于物體表面的微粒子也能輕而易舉的去除。此技術(shù)效率高、可控性好、易于選定區(qū)域精密清洗，易于遠(yuǎn)距離遙控清洗難以到達(dá)或危險(xiǎn)的地方。
雷射清洗與傳統(tǒng)清洗在工業(yè)上有各式各樣的清洗模式，大多是利用化學(xué)藥劑和機(jī)械方法進(jìn)行清洗。在我國(guó)環(huán)境保護(hù)法規(guī)等要求下對(duì)于環(huán)境的綠化要求越來(lái)越嚴(yán)格，人們又對(duì)于環(huán)保與安全意識(shí)形態(tài)日益增強(qiáng)的今天，工業(yè)生產(chǎn)在清洗需求中可以使用的化學(xué)藥劑種類(lèi)就將變得越來(lái)越少。那么我們?nèi)绾螌ふ腋鍧嵏行?，且不具損傷性的清洗方式是我們不得不思考的課題。而雷射清洗正是我們研究的目標(biāo)與選擇，因?yàn)樗哂袩o(wú)研磨、無(wú)接觸、無(wú)熱效應(yīng)更適用于各種材質(zhì)的物體等清洗特點(diǎn)，被認(rèn)為是最可靠、最有效的解決辦法。同時(shí)，雷射清洗可以解決采用傳統(tǒng)清洗方式無(wú)法解決的問(wèn)題。金屬材料使用一段時(shí)間后，由于加工作業(yè)的接觸磨耗與長(zhǎng)時(shí)間接觸空氣中的濕氣與污染物銹蝕等原因，表面會(huì)生成銹跡或附著臟污。它不但影響美觀，而且對(duì)材料或零件的性能會(huì)造成很大影響，甚至影響結(jié)構(gòu)性問(wèn)題，造成設(shè)備或建筑物損壞。所以，實(shí)時(shí)將對(duì)象表面的臟污與銹蝕有效的去除，是一項(xiàng)非常重要的工作。
我們以雷射清潔為概念起點(diǎn)作技術(shù)精進(jìn)升級(jí)，透過(guò)雷射的非接觸清潔方式，開(kāi)發(fā)一個(gè)便于攜帶之輕量化、后背式雷射清潔系統(tǒng)，讓施工人員可以方便的攜帶至任意場(chǎng)所進(jìn)行大面積清潔作業(yè)。
雷射清潔技術(shù)利用雷射的高同調(diào)性、高能量等特性，把雷射集中在很小的一片區(qū)域內(nèi)，利用高強(qiáng)度的激光脈沖將銹蝕或污漬瞬間汽化，將臟污去除的一種非接觸式技術(shù)。雷射清潔技術(shù)為一種非接觸式清潔方式，既不需要使用化學(xué)品，也不需要對(duì)工件表面進(jìn)行機(jī)械式摩擦，可用來(lái)清潔表面細(xì)微結(jié)構(gòu)或表面結(jié)構(gòu)復(fù)雜的工件，這種技術(shù)可適用于各種行業(yè)。
其清潔機(jī)制為材料吸熱之瞬間汽化現(xiàn)象，針對(duì)材料上欲清潔的銹蝕或污漬，提供高強(qiáng)度激光脈沖加熱，因污漬與本體材料吸收率的不同而導(dǎo)致升溫效果不同，當(dāng)材料的瞬時(shí)溫度超過(guò)其汽化溫度，即直接汽化而移除，達(dá)到清潔成效。相同區(qū)域的銹蝕或污漬被移除后，底材的金屬對(duì)雷射的反射率高，且其整體結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱效果佳，因此已清潔過(guò)的金屬材質(zhì)縱使再打上雷射，該部位也幾乎不會(huì)再被汽化，對(duì)金屬本體與污漬具有高度選擇性，可達(dá)到污漬與材料本體分離的效果。
雷射清潔技術(shù)的原理簡(jiǎn)述如下：
a)雷射源發(fā)射的高強(qiáng)度光束被金屬表面的污染層吸收而汽化揮發(fā)。
b)大能量的吸收形成急劇膨脹的等離子氣體，產(chǎn)生沖擊波使污染物變成碎片并剝除。
圖1、雷射清潔機(jī)制
研究雷射光刀金屬表面污漬清潔技術(shù)，利用體積小、輕量化之高功率雷射二極管光源模塊融入后背式機(jī)架設(shè)計(jì)，完成一個(gè)便于攜帶之輕量化、后背式雷射清潔系統(tǒng)，分析雷射清潔之各項(xiàng)參數(shù)并進(jìn)行優(yōu)化，建立雷射表面清潔系統(tǒng)之參數(shù)最佳組合，讓施工人員可以方便的攜帶至任意場(chǎng)所進(jìn)行大面積清潔作業(yè)。
雷射光刀金屬表面污漬清潔技術(shù)開(kāi)發(fā)技術(shù)示意圖
本計(jì)劃執(zhí)行后之重要技術(shù)指標(biāo)及產(chǎn)業(yè)變化如下：
高功率雷射二極管直接輸出模塊技術(shù)：
傳統(tǒng)的自由空間式或全光纖式增益放大器架構(gòu)的雷射源系統(tǒng)體積龐大，無(wú)法輕便式攜帶，本計(jì)劃采用高功率二極管雷射源直接輸出為應(yīng)用載具，將高質(zhì)量915nm二極管雷射直接作為雷射光源，應(yīng)用于輕量化、手持式雷射表面清潔系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)中。因?yàn)樯倭她嫶蟮姆糯笃骷軜?gòu)，其重量與體積皆比傳統(tǒng)雷射改善，且材料成本也較傳統(tǒng)雷射降低一半，更具有體積小、便于攜帶與轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn)。
后背式機(jī)身設(shè)計(jì)，便于戶(hù)外攜帶加工
現(xiàn)有產(chǎn)品皆為落地式設(shè)計(jì)，主機(jī)非常笨重，需要利用滾輪拖行到工作地點(diǎn)才能進(jìn)行清潔作業(yè)，但在施工現(xiàn)場(chǎng)，常常有通行路徑與施工空間的限制，大型設(shè)備不易進(jìn)入。
將體積小、輕量化之高功率雷射二極管光源模塊融入后背式機(jī)架設(shè)計(jì)，完成一個(gè)便于攜帶之后背式雷射清潔系統(tǒng)，讓施工人員可以方便的攜帶且工作時(shí)可不受限制的輕松移動(dòng)，進(jìn)行大面積清潔作業(yè)。
透過(guò)計(jì)劃內(nèi)容的協(xié)助推動(dòng)，開(kāi)發(fā)高功率雷射二極管直接輸出模塊技術(shù)與后背式機(jī)架與手持掃描裝置技術(shù)，預(yù)期將產(chǎn)出第一部自有技術(shù)開(kāi)發(fā)之高功率、手持式雷射表面清潔系統(tǒng)，提升雷射產(chǎn)業(yè)應(yīng)用設(shè)備與服務(wù)項(xiàng)目，創(chuàng)造高功能性與高值化雷射應(yīng)用產(chǎn)品，可望為雷射應(yīng)用產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造整體產(chǎn)值效益，增加產(chǎn)業(yè)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。
功能規(guī)格
技術(shù)應(yīng)用范圍
雷射清潔技術(shù)可應(yīng)用于：
1. 金屬表面除銹、表面除漆與脫漆
2. 建筑產(chǎn)業(yè)之鋼材表面除銹與清潔
3. 表面油污、污漬與污垢清洗
4. 石材、木料表面附著物與灰塵清除
5. 金屬模具表面殘留物清潔
（佑升雷射股份有限公司 董事長(zhǎng) 潘忠義）
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