基本信息
- 項目名稱：
- 激光除污機
- 小類：
- 機械與控制
- 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，有廣闊的發(fā)展前景。在發(fā)達國家該技術已經(jīng)走向實用化，而國內還處于實驗階段。本設備正是為了探索激光清洗實用化中的一些問題而設計制造的，主要針對工業(yè)除漆除銹，使用電光調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。通過調節(jié)激光輸出參數(shù)，可實現(xiàn)對金屬基底粗糙度的控制，以適應工藝要求。
- 詳細介紹：
- 鋼鐵是大多數(shù)工業(yè)設備的主要原料，由于電化學效應，鋼鐵本身的腐蝕非常嚴重，通過在鋼鐵制品表面噴涂漆層，隔絕內部鋼鐵材料與空氣、水分的接觸，是常見但有效的防護手段。漆層的老化和破損，會導致防護作用的喪失，使得內部的鋼鐵發(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行去除，再重新噴漆。 傳統(tǒng)的除漆除銹技術有機械法、噴砂法、化學法、高壓水射流法等。機械法勞動強度大，高壓水射流法易發(fā)生二次腐蝕，化學法使用的化學制品會對環(huán)境造成影響，同時化學法需要對工件進行拆卸，難以處理大型物體，而得到較廣范圍使用的噴砂法，會產生嚴重的環(huán)境污染，巨大的噪聲、漫天的粉塵和固體廢棄物污染，使得這一技術在發(fā)達國家已被禁止，我國的上海市也已不再允許使用。 激光清洗技術是一種新型的表面污物去除技術，包括干式、濕式、沖擊波式等多種具體實施方式，在鋼鐵行業(yè)、半導體制作業(yè)、文物保護領域等獲得成功應用。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生快速膨脹甚至局部爆炸現(xiàn)象從表面脫離；且實驗研究發(fā)現(xiàn)，相比于傳統(tǒng)的清洗技術，激光清洗后的鐵質基底會發(fā)生鈍化現(xiàn)象，形成致密的透明氧化鐵保護層，提高鐵質基底的抗腐蝕性。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制是振動機制和燒蝕機制，而上述兩種去除機制都只涉及物理變化，清洗過程中沒有產生影響環(huán)境的化學成分，且產生的油漆碎片、銹蝕粉末易于使用吸塵裝置進行回收，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，激光清洗方式將成為工業(yè)清洗技術發(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，有著極為廣闊的應用前景。一些發(fā)達國家已經(jīng)將激光清洗這項新技術應用在許多工業(yè)領域，達到了實用化水平。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。而國內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放在激光除漆、除銹等工業(yè)領域需求較大的實用方向，希望通過我們的研究能夠探索、解決激光清洗技術在實用化中的一些問題。 本設備正是為了激光清洗實用化研究而設計制造的，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的一些資料，自主制作了第一代激光清洗機，該機型使用電光調QNd:YAG激光器作為光源、導光臂作為光束傳輸裝置、三維平臺作為機械傳動系統(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，需多次往復掃描，能夠將漆層和銹層去除；通過調節(jié)激光輸出參數(shù)，清洗的同時可實現(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
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 發(fā)明目的 除漆除銹是工業(yè)上常用的工藝，傳統(tǒng)方法有機械法、噴砂法、化學法、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，會產生嚴重的環(huán)境污染，巨大的噪聲、漫天的粉塵和固體廢棄物污染，使得這一技術在發(fā)達國家已被禁止。 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，有廣闊的發(fā)展前景。在發(fā)達國家該技術已經(jīng)走向實用化，出現(xiàn)了專業(yè)的激光清洗公司，并推出了一些激光清洗設備，其價格非常昂貴，而國內還處于實驗階段。本設備正是為了探索激光清洗實用化中的一些問題而設計制造的，主要針對工業(yè)除漆除銹，希望通過我們的工作能夠為激光清洗技術在工業(yè)中的實用化積累一些經(jīng)驗。 創(chuàng)新點 我們設計制作的激光除污機填補了國內工業(yè)除漆除銹用激光清洗設備的空白，其創(chuàng)新性在于： 1、綠色環(huán)保 2、能耗低 3、無消耗物 4、維護成本低 5、操作簡單安全 6、結構緊湊 技術關鍵 1、實現(xiàn)激光光束參數(shù)的靈活可調 2、線性光斑整形 3、保護措施完善 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 主要技術指標 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（自由運轉），600mJ（調Q，10 Hz）； 激光工作頻率：2、10、30、60Hz；
科學性、先進性
- 漆層與金屬基底之間通過范德瓦爾斯力相粘和，是結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，這種去除機制我們稱之為振動機制；對于較厚的漆層和銹層，這兩層物質對于入射激光而言都無法透過，振動機制無法發(fā)揮作用，激光能量被漆層或銹層的表層物質吸收，通過燒蝕作用，使得表層物質受熱不均勻發(fā)生爆發(fā)性的熱膨脹，逐層的燒蝕作用最終能夠將漆層和銹層完全去除，這種去除機制我們稱之為燒蝕機制。無論是使用振動機制還是使用燒蝕機制將表層物質去除，去除過程都是物理變化，沒有產生會影響環(huán)境的化學成分，清洗產物為片狀的油漆和粉末狀的銹蝕，易于使用吸塵裝置進行回收。 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。
獲獎情況及鑒定結果
- 2010年——上海人和清洗有限公司購買了本產品的第一臺樣機，并對產品性能給出了使用報告； 2011年——總裝備部軍械技術研究所使用本產品進行了清洗實驗，并對產品性能給出了自己的評價；
作品所處階段
- 實驗室階段
技術轉讓方式
- 合作開發(fā)
作品可展示的形式
- 展板、視頻、實物、現(xiàn)場演示
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 技術特點和優(yōu)勢： 利用激光清洗技術除漆除銹，效果良好；設備結構緊湊，保護措施齊全，使得清洗機使用更加安全，使用壽命更長；整機多處考慮了減震，可有效降低意外振動對激光輸出功率的影響，適應復雜環(huán)境；節(jié)能環(huán)保，無排放物，無需水等清洗介質；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，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)濟效應預測： 目前國外成品激光清洗機價格昂貴，國內用于工業(yè)除漆除白的激光清洗設備還屬空白；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： 從本世紀初開始，國外對激光清洗的研究從理論、實驗轉為實際應用，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注于飛機蒙皮的清除，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用案例。同時國外清洗設備在價格上非常昂貴，中等功率的激光清洗設備的銷售價格超過百萬元人民幣，這使得國內需要該技術的企業(yè)能以承受。 國內： 國內開展激光清洗較晚，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，目前國內用于工業(yè)除漆除銹的激光清洗設備在我們的第一臺激光清洗機推出之前尚屬空白。
