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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 激光除污機(jī)
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 激光清洗作為一種新興的清洗方法，具有節(jié)能、環(huán)保等許多優(yōu)點(diǎn)，有廣闊的發(fā)展前景。在發(fā)達(dá)國家該技術(shù)已經(jīng)走向?qū)嵱没鴩鴥?nèi)還處于實(shí)驗(yàn)階段。本設(shè)備正是為了探索激光清洗實(shí)用化中的一些問題而設(shè)計(jì)制造的，主要針對工業(yè)除漆除銹，使用電光調(diào)QNd:YAG激光器作為光源，用于較薄漆層和銹層的去除，具有非常好的清洗效果，并且清洗效率較高。通過調(diào)節(jié)激光輸出參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)對金屬基底粗糙度的控制，以適應(yīng)工藝要求。
- 詳細(xì)介紹：
- 鋼鐵是大多數(shù)工業(yè)設(shè)備的主要原料，由于電化學(xué)效應(yīng)，鋼鐵本身的腐蝕非常嚴(yán)重，通過在鋼鐵制品表面噴涂漆層，隔絕內(nèi)部鋼鐵材料與空氣、水分的接觸，是常見但有效的防護(hù)手段。漆層的老化和破損，會導(dǎo)致防護(hù)作用的喪失，使得內(nèi)部的鋼鐵發(fā)生腐蝕，因此需要使用清洗的手段將老化的漆層和鋼鐵表面生成的銹層進(jìn)行去除，再重新噴漆。 傳統(tǒng)的除漆除銹技術(shù)有機(jī)械法、噴砂法、化學(xué)法、高壓水射流法等。機(jī)械法勞動強(qiáng)度大，高壓水射流法易發(fā)生二次腐蝕，化學(xué)法使用的化學(xué)制品會對環(huán)境造成影響，同時化學(xué)法需要對工件進(jìn)行拆卸，難以處理大型物體，而得到較廣范圍使用的噴砂法，會產(chǎn)生嚴(yán)重的環(huán)境污染，巨大的噪聲、漫天的粉塵和固體廢棄物污染，使得這一技術(shù)在發(fā)達(dá)國家已被禁止，我國的上海市也已不再允許使用。 激光清洗技術(shù)是一種新型的表面污物去除技術(shù)，包括干式、濕式、沖擊波式等多種具體實(shí)施方式，在鋼鐵行業(yè)、半導(dǎo)體制作業(yè)、文物保護(hù)領(lǐng)域等獲得成功應(yīng)用。對于漆層的去除，主要是通過透射過漆層的脈沖激光引起的金屬基底的振動，使漆層脫離；對于銹層的去除，則通過脈沖激光燒蝕作用使銹層本身各部分由于受熱不均產(chǎn)生快速膨脹甚至局部爆炸現(xiàn)象從表面脫離；且實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，相比于傳統(tǒng)的清洗技術(shù)，激光清洗后的鐵質(zhì)基底會發(fā)生鈍化現(xiàn)象，形成致密的透明氧化鐵保護(hù)層，提高鐵質(zhì)基底的抗腐蝕性。其最大的優(yōu)勢在于激光清洗過程中不會產(chǎn)生任何二次污染，清除下來的只有油漆碎片或銹蝕粉末，并且可回收處理甚至再利用。激光清洗的主要作用機(jī)制是振動機(jī)制和燒蝕機(jī)制，而上述兩種去除機(jī)制都只涉及物理變化，清洗過程中沒有產(chǎn)生影響環(huán)境的化學(xué)成分，且產(chǎn)生的油漆碎片、銹蝕粉末易于使用吸塵裝置進(jìn)行回收，不會造成固體廢棄物的污染，是真正的綠色環(huán)保的清洗方式。激光清洗技術(shù)相比于傳統(tǒng)的噴砂、高壓水射流方式，由于能量的利用率較高，能耗低。鑒于以上優(yōu)點(diǎn)，激光清洗方式將成為工業(yè)清洗技術(shù)發(fā)展的趨勢。 隨著各個國家對環(huán)境問題的重視程度越來越高，傳統(tǒng)清洗方式受到了越來越多的限制，激光清洗相對傳統(tǒng)的清洗方式的優(yōu)勢越來越明顯，有著極為廣闊的應(yīng)用前景。一些發(fā)達(dá)國家已經(jīng)將激光清洗這項(xiàng)新技術(shù)應(yīng)用在許多工業(yè)領(lǐng)域，達(dá)到了實(shí)用化水平。目前北美、歐洲多個國家已經(jīng)出現(xiàn)了多家專業(yè)的激光清洗公司，已有成品的激光清洗裝置出售，并搶先申請了眾多的專利保護(hù)。而國內(nèi)對于激光清洗的研究起步較晚，研究的方向有限，并且多停留在理論研究的階段，與國外差距較大。而因此我們將研究重點(diǎn)放在激光除漆、除銹等工業(yè)領(lǐng)域需求較大的實(shí)用方向，希望通過我們的研究能夠探索、解決激光清洗技術(shù)在實(shí)用化中的一些問題。 本設(shè)備正是為了激光清洗實(shí)用化研究而設(shè)計(jì)制造的，主要針對漆層與較薄銹層的去除。參考國外成品激光清洗機(jī)的一些資料，自主制作了第一代激光清洗機(jī)，該機(jī)型使用電光調(diào)QNd:YAG激光器作為光源、導(dǎo)光臂作為光束傳輸裝置、三維平臺作為機(jī)械傳動系統(tǒng)，通過以柱面鏡為主要元件的光束整形系統(tǒng)將圓狀光斑整形成長矩形光斑。對于漆層的去除，具有非常好的清洗效果，對于較薄的漆層，具有較高的清洗效率；對于較厚漆層和銹層的去除，清洗效率會較大幅度的降低，需多次往復(fù)掃描，能夠?qū)⑵釋雍弯P層去除；通過調(diào)節(jié)激光輸出參數(shù)，清洗的同時可實(shí)現(xiàn)對清洗后金屬基底粗糙度的控制，從而滿足不同工藝的要求。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 發(fā)明目的 除漆除銹是工業(yè)上常用的工藝，傳統(tǒng)方法有機(jī)械法、噴砂法、化學(xué)法、高壓水射流法等，都存在污染問題，并且使用上有所限制。其中使用最廣范的噴砂法，會產(chǎn)生嚴(yán)重的環(huán)境污染，巨大的噪聲、漫天的粉塵和固體廢棄物污染，使得這一技術(shù)在發(fā)達(dá)國家已被禁止。 激光清洗作為一種新興的清洗方法，具有節(jié)能、環(huán)保等許多優(yōu)點(diǎn)，有廣闊的發(fā)展前景。在發(fā)達(dá)國家該技術(shù)已經(jīng)走向?qū)嵱没霈F(xiàn)了專業(yè)的激光清洗公司，并推出了一些激光清洗設(shè)備，其價格非常昂貴，而國內(nèi)還處于實(shí)驗(yàn)階段。本設(shè)備正是為了探索激光清洗實(shí)用化中的一些問題而設(shè)計(jì)制造的，主要針對工業(yè)除漆除銹，希望通過我們的工作能夠?yàn)榧す馇逑醇夹g(shù)在工業(yè)中的實(shí)用化積累一些經(jīng)驗(yàn)。 創(chuàng)新點(diǎn) 我們設(shè)計(jì)制作的激光除污機(jī)填補(bǔ)了國內(nèi)工業(yè)除漆除銹用激光清洗設(shè)備的空白，其創(chuàng)新性在于： 1、綠色環(huán)保 2、能耗低 3、無消耗物 4、維護(hù)成本低 5、操作簡單安全 6、結(jié)構(gòu)緊湊 技術(shù)關(guān)鍵 1、實(shí)現(xiàn)激光光束參數(shù)的靈活可調(diào) 2、線性光斑整形 3、保護(hù)措施完善 4、自動清洗、手動清洗兼具 5、激光傳輸密封、靈活 6、穩(wěn)定性強(qiáng) 主要技術(shù)指標(biāo) Nd3+：YAG脈沖激光器 激光波長：1064nm； 激光脈沖寬度：200μs，10ns； 激光單脈沖能量：1J（自由運(yùn)轉(zhuǎn)），600mJ（調(diào)Q，10 Hz）； 激光工作頻率：2、10、30、60Hz；
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 漆層與金屬基底之間通過范德瓦爾斯力相粘和，是結(jié)合較為緊密的相互作用；對于較薄的漆層，部分激光能夠透射到漆層以下的金屬基底上，使基底受熱，發(fā)生快速的熱膨脹，膨脹引起的彈性力當(dāng)能夠克服漆層與基底之間的粘附力時，激光的作用就使漆層在激光光斑照射的邊緣發(fā)生斷裂，從基底表面脫離，這種去除機(jī)制我們稱之為振動機(jī)制；對于較厚的漆層和銹層，這兩層物質(zhì)對于入射激光而言都無法透過，振動機(jī)制無法發(fā)揮作用，激光能量被漆層或銹層的表層物質(zhì)吸收，通過燒蝕作用，使得表層物質(zhì)受熱不均勻發(fā)生爆發(fā)性的熱膨脹，逐層的燒蝕作用最終能夠?qū)⑵釋雍弯P層完全去除，這種去除機(jī)制我們稱之為燒蝕機(jī)制。無論是使用振動機(jī)制還是使用燒蝕機(jī)制將表層物質(zhì)去除，去除過程都是物理變化，沒有產(chǎn)生會影響環(huán)境的化學(xué)成分，清洗產(chǎn)物為片狀的油漆和粉末狀的銹蝕，易于使用吸塵裝置進(jìn)行回收。 相比于噴砂、高壓水射流等傳統(tǒng)清洗方法，激光清洗能耗大大降低且無資源消耗、低噪音、對人體無傷害，是一種綠色環(huán)保、低能耗的清洗方式，是工業(yè)清洗發(fā)展的趨勢。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2010年——上海人和清洗有限公司購買了本產(chǎn)品的第一臺樣機(jī)，并對產(chǎn)品性能給出了使用報告； 2011年——總裝備部軍械技術(shù)研究所使用本產(chǎn)品進(jìn)行了清洗實(shí)驗(yàn)，并對產(chǎn)品性能給出了自己的評價；
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 合作開發(fā)
作品可展示的形式
- 展板、視頻、實(shí)物、現(xiàn)場演示
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢： 利用激光清洗技術(shù)除漆除銹，效果良好；設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，保護(hù)措施齊全，使得清洗機(jī)使用更加安全，使用壽命更長；整機(jī)多處考慮了減震，可有效降低意外振動對激光輸出功率的影響，適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境；節(jié)能環(huán)保，無排放物，無需水等清洗介質(zhì)；操作簡單、安全可靠。 適用范圍和推廣前景： 可用于船舶表面的外漆清洗、金屬物品表面漆層的清洗、中等程度以下的鋼鐵制品的銹層清洗等。 傳統(tǒng)的工業(yè)除漆除銹方法高污染高能耗，并且對操作工人的身體健康有損害，因此必然會逐漸淘汰。而激光清洗作為一種新興技術(shù)，環(huán)保節(jié)能，對人體沒有損害，具有極為廣闊的推廣前景。 市場分析和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)預(yù)測： 目前國外成品激光清洗機(jī)價格昂貴，國內(nèi)用于工業(yè)除漆除白的激光清洗設(shè)備還屬空白；由于傳統(tǒng)除漆除銹方式的使用將越來越多的受到限制，所以綠色環(huán)保、低能耗的激光清洗機(jī)用于除漆除銹將會受到越來越多的重視。
同類課題研究水平概述
- 國外： 從本世紀(jì)初開始，國外對激光清洗的研究從理論、實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)為實(shí)際應(yīng)用，出現(xiàn)了許多激光清洗方面的專利申請，傳統(tǒng)的激光行業(yè)公司紛紛推出了自己的用于激光清洗的激光器，同時在北美和西歐出現(xiàn)了專業(yè)的激光清洗公司，如美國的adapt laser、法國的quantel公司等。但這些公司在除漆方面更多的關(guān)注于飛機(jī)蒙皮的清除，對鋼鐵制品的除銹涉及的很少，對于船舶修造等重工行業(yè)的鋼鐵制品除漆除白沒有見到過明確的應(yīng)用案例。同時國外清洗設(shè)備在價格上非常昂貴，中等功率的激光清洗設(shè)備的銷售價格超過百萬元人民幣，這使得國內(nèi)需要該技術(shù)的企業(yè)能以承受。 國內(nèi)： 國內(nèi)開展激光清洗較晚，只有少數(shù)高校、研究所和一些激光方面的公司開展了一些激光清洗方面的研究，目前國內(nèi)用于工業(yè)除漆除銹的激光清洗設(shè)備在我們的第一臺激光清洗機(jī)推出之前尚屬空白。
