隨著國(guó)家雙碳政策的落地，到2025年綠色低碳循環(huán)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)體系初步形成的頂層目標(biāo)提出，綠色環(huán)保的工業(yè)加工方式逐漸成為各行各業(yè)都在尋找的替代性工業(yè)技術(shù)，對(duì)于固定資產(chǎn)占有量大，資金周轉(zhuǎn)期長(zhǎng)的傳統(tǒng)制造業(yè)企業(yè)來(lái)說(shuō)更是迫在眉睫。激光清洗作為未來(lái)替代傳統(tǒng)清洗方式的新型“綠色”科技，無(wú)污染零耗材的新型工業(yè)清洗工藝，憑借著微米級(jí)的工藝精細(xì)度和可實(shí)現(xiàn)無(wú)人自動(dòng)化的集成優(yōu)勢(shì)，已廣泛應(yīng)用在汽車(chē)的動(dòng)力電池系統(tǒng)、傳動(dòng)軸承、車(chē)橋、輪彀和輪胎等各項(xiàng)零部件生產(chǎn)環(huán)節(jié)中。近期，深圳水滴激光科技有限公司將這項(xiàng)技術(shù)成功應(yīng)用在汽車(chē)摩擦材料的制備過(guò)程中。激光清洗的原理大致可分為熱效應(yīng)、光剝離和振蕩三種。是利用不同類(lèi)型的激光器產(chǎn)生各種激光束，利用基底與表面污染物對(duì)某一波長(zhǎng)激光能量吸收系數(shù)的差別，使基底物質(zhì)與表面污物吸收能量產(chǎn)生熱膨脹脫離，瞬時(shí)高溫使污垢瞬間蒸發(fā)、氣化或分解，同時(shí)在固體表面產(chǎn)生超聲波，產(chǎn)生力學(xué)共振使污垢層或凝結(jié)物振動(dòng)碎裂。對(duì)比傳統(tǒng)噴砂或拋丸等工業(yè)清洗方式，激光清洗最大的特點(diǎn)是無(wú)研磨和非接觸性。它無(wú)熱效應(yīng)，不會(huì)對(duì)被清洗物體產(chǎn)生機(jī)械作用力，不損傷物體表面，不破壞基底，且不會(huì)產(chǎn)生二次污染，是綠色環(huán)保且無(wú)耗材的清洗方式。深圳水滴激光作為專(zhuān)精于激光清洗技術(shù)研發(fā)的國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)、深圳市激光智能制造行業(yè)協(xié)會(huì)副會(huì)長(zhǎng)單位，核心研發(fā)團(tuán)隊(duì)由英國(guó)ALT激光、利物浦大學(xué)、曼徹斯特大學(xué)、哈工大等多所海內(nèi)外知名高校的博士及博士后組成，擁有激光清洗專(zhuān)項(xiàng)專(zhuān)利四十多項(xiàng)。裝備已先后應(yīng)用于哈爾濱工業(yè)大學(xué)、廣西大學(xué)、中科院近代物理研究院等先進(jìn)科學(xué)院所、佳通輪胎、德國(guó)采埃孚、中國(guó)航天、中國(guó)中車(chē)、中國(guó)西電等國(guó)內(nèi)外知名企業(yè)。產(chǎn)品連續(xù)三年獲得激光行業(yè)大獎(jiǎng)：“2021年度紅光獎(jiǎng)-中國(guó)激光裝備創(chuàng)新貢獻(xiàn)獎(jiǎng)”、“2022年度維科杯激光行業(yè)-先進(jìn)應(yīng)用案例大獎(jiǎng)”和“2023中國(guó)激光金耀獎(jiǎng)新應(yīng)用獎(jiǎng)”。汽車(chē)長(zhǎng)時(shí)間的使用過(guò)后，它的零部件多少都會(huì)積攢一些灰塵、銹跡、油污等等。汽車(chē)零件如果過(guò)臟，會(huì)導(dǎo)致過(guò)濾清潔效果變差，過(guò)多的雜質(zhì)進(jìn)入油路氣缸內(nèi)，加劇機(jī)件的磨損，增加故障發(fā)生的可能性。為了汽車(chē)的安全運(yùn)行，汽車(chē)輪轂、剎車(chē)片、剎車(chē)盤(pán)、引擎蓋等作為汽車(chē)中重要的零部件需要定期檢查維修，保障各種工件、零部件的清潔度是檢修過(guò)程中必不可少的工作。水滴激光定向開(kāi)發(fā)的摩擦材料激光清洗設(shè)備，可對(duì)各類(lèi)鼓式和盤(pán)式剎車(chē)片（蹄）和離合器總成，火車(chē)合成閘瓦等主要摩擦材料進(jìn)行清洗，對(duì)于特定的密封材料如陶瓷片、金屬墊片等也有良好的表現(xiàn)。清洗寬度為一米，可同時(shí)清洗多個(gè)樣件；速度可調(diào)，可適配生產(chǎn)線(xiàn)速度，縮短生產(chǎn)環(huán)節(jié)，減少工時(shí)；生產(chǎn)過(guò)程中只需接電，無(wú)其他耗材。可替代企業(yè)原有噴砂或鋼刷機(jī)等清洗工藝。目前，國(guó)內(nèi)汽車(chē)剎車(chē)片大廠有的已采用水滴激光定制設(shè)備，提高了生產(chǎn)的效率和穩(wěn)定性。
水滴激光剎車(chē)片激光清洗機(jī)及清洗效果
剎車(chē)片生產(chǎn)工序中，在平摩之后、噴塑之前，需要對(duì)面片進(jìn)行清洗處理，產(chǎn)量較大，范圍較廣，具有典型性。因此我們以剎車(chē)片的清洗應(yīng)用為例來(lái)比對(duì)鋼刷、噴砂和激光清洗三者的優(yōu)劣：清洗效率：鋼刷設(shè)備在清洗剎車(chē)片時(shí)無(wú)法清洗干凈平磨后表面的殘膠，造成下一道噴塑工序時(shí)會(huì)產(chǎn)生麻點(diǎn)，效果差強(qiáng)人意。噴砂設(shè)備和激光清洗都能完全清洗干凈平磨工序后表面殘留，噴砂的清洗速度比激光清洗更快，但如果考慮平磨前進(jìn)烘箱和噴塑后固化工序等完整產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)時(shí)間，噴砂的清洗速度有所冗余，激光清洗雖然較慢，但也能適配生產(chǎn)線(xiàn)速度。能耗大小：鋼刷機(jī)能耗在8KW/H左右，在三者位列第二。能耗最大的是噴砂工藝，總能耗高達(dá)到70KW/H。這是因?yàn)殡m然噴砂機(jī)本身噴砂、行走、擺動(dòng)三個(gè)電機(jī)的能耗在15KW/H左右，但供氣的空壓機(jī)每小時(shí)能耗卻高達(dá)55KW，所以算是耗能大戶(hù)。而我司該款激光清洗設(shè)備總能耗只有7KW/H，是噴砂設(shè)備的十分之一，在三者中能耗是最小的。經(jīng)濟(jì)環(huán)保： 從經(jīng)濟(jì)適用性上來(lái)講，噴砂設(shè)備每小時(shí)需消耗5KG的石英砂作為耗材，使用時(shí)間越長(zhǎng)，所需耗材越多，隨著國(guó)家環(huán)保要求的逐步提高，部分地方政府已將砂洗機(jī)列入環(huán)保不達(dá)標(biāo)類(lèi)型。而鋼刷設(shè)備和激光清洗都只需接電，激光清洗因?yàn)樽詣?dòng)化作業(yè)的緣故相比噴砂和鋼刷還能節(jié)省1-2位人工；從環(huán)保低碳的角度來(lái)說(shuō)，激光清洗的沒(méi)有耗材、沒(méi)有排放、能耗小無(wú)噪音，也是三者中最為符合低碳環(huán)保要求的設(shè)備。激光清洗在密封行業(yè)的應(yīng)用主要有金屬墊片生產(chǎn)過(guò)程中的不銹鋼帶表面油污去除、密封圈模具表面油污和殘膠清洗、以及特種密封材料表面改性。密封件分為很多個(gè)種類(lèi)，典型的有O型密封圈或者是骨架油封、密封墊圈。通過(guò)激光束的照射，密封墊上油污瞬間蒸發(fā)從金屬上剝離，達(dá)到清潔的作用。金屬纏繞墊片在進(jìn)纏繞機(jī)前需要把不銹鋼卷帶表面附著的油膜清洗干凈，現(xiàn)有工藝一般是通過(guò)化學(xué)浸泡來(lái)進(jìn)行表面處理，激光清洗在該工序清洗效果可滿(mǎn)足廠家需求，應(yīng)用的難點(diǎn)主要在于帶寬和產(chǎn)線(xiàn)速度無(wú)法適配這兩個(gè)問(wèn)題上，一般激光清洗設(shè)備的寬度都在150-200mm之間，而不銹鋼帶寬度在1100-1500mm之間;且鋼卷清洗生產(chǎn)節(jié)拍過(guò)快，一般在10M/min以上，比激光清洗的適配速度高十倍左右。我司通過(guò)自主研發(fā)的超寬幅激光清洗設(shè)備可解決清洗寬度適配問(wèn)題，產(chǎn)線(xiàn)速度方面工藝應(yīng)用上雖然可解決，但目前業(yè)內(nèi)方案成本過(guò)高還需做進(jìn)一步的優(yōu)化。水滴激光：金屬纏繞墊片清洗測(cè)試結(jié)果密封圈模具表面油污和殘膠清洗應(yīng)用上，我們開(kāi)發(fā)了平板模具激光清洗設(shè)備，三維五軸運(yùn)動(dòng)，高自由度，適用于如摩擦行業(yè)的剎車(chē)片模具和密封行業(yè)的密封圈模具等各類(lèi)平板模具，可進(jìn)行防銹油去除和多次壓模后型腔表面殘留物清洗。可增配變位機(jī)以適應(yīng)復(fù)雜模具，清洗過(guò)程可選擇保留電鍍層，保護(hù)刀口紋路，延長(zhǎng)模具壽命。相比噴砂清洗來(lái)講不僅更為環(huán)保，而且也能保證不損傷型腔，減少產(chǎn)品殘次率。水滴激光平板模具清洗機(jī)及密封圈模具清洗效果非金屬材質(zhì)密封墊片是密封行業(yè)中另一大類(lèi)，這類(lèi)產(chǎn)品對(duì)波段1064-1080nm的光纖激光吸收率較強(qiáng)，正常情況下會(huì)造成損傷，不太適合做工藝應(yīng)用（如脈沖激光作用于橡膠材料表面時(shí)會(huì)造成10μm左右的損傷），但對(duì)少數(shù)特種材料上又可作為改性手段，如附著聚甲基氫硅氧烷的橡膠材料，在清除涂層的同時(shí)能提升表面摩擦系數(shù)至35mN/m、表面張力至38dyne/cm以上。與此同時(shí)，激光清洗在陶瓷類(lèi)材質(zhì)和復(fù)合材料密封部件的氧化層清洗、打點(diǎn)毛化等工藝上又有良好表現(xiàn)，在金屬表面的密封膠去除上也有著令人滿(mǎn)意的效果。可見(jiàn)激光清洗在不同材質(zhì)產(chǎn)品的應(yīng)用上因?yàn)閷?duì)激光吸收率不同會(huì)有差異性的表現(xiàn)，因此也可作為少數(shù)特殊密封材料表面改性的補(bǔ)充工藝。激光清洗設(shè)備用于陶瓷材質(zhì)打點(diǎn)毛化
激光作為21世紀(jì)新型工業(yè)技術(shù)，在焊接、切割、熔覆等領(lǐng)域已有成熟且大范圍的應(yīng)用。而激光清洗卻是近十年才為國(guó)人所知的新技術(shù)：2016年國(guó)內(nèi)第一臺(tái)激光清洗機(jī)才問(wèn)世。短短幾年時(shí)間，中國(guó)激光清洗行業(yè)整體已經(jīng)突破一體化協(xié)同控制板卡系統(tǒng)、邊緣控光系統(tǒng)等技術(shù)，逐漸趕上國(guó)際頂尖水準(zhǔn)，迅速在傳統(tǒng)制造業(yè)和新能源行業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域傳播開(kāi)來(lái)。摩擦密封行業(yè)近年來(lái)同樣面臨著向低碳排放、環(huán)境友好的自動(dòng)化集成方向轉(zhuǎn)型的機(jī)遇挑戰(zhàn)，相信激光工藝這個(gè)過(guò)程中也能發(fā)揮應(yīng)有的作用，為行業(yè)發(fā)展貢獻(xiàn)相應(yīng)的力量。
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