隨著國家雙碳政策的落地，到2025年綠色低碳循環(huán)發(fā)展的經(jīng)濟體系初步形成的頂層目標提出，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，對于固定資產(chǎn)占有量大，資金周轉(zhuǎn)期長的傳統(tǒng)制造業(yè)企業(yè)來說更是迫在眉睫。激光清洗作為未來替代傳統(tǒng)清洗方式的新型“綠色”科技，無污染零耗材的新型工業(yè)清洗工藝，憑借著微米級的工藝精細度和可實現(xiàn)無人自動化的集成優(yōu)勢，已廣泛應用在汽車的動力電池系統(tǒng)、傳動軸承、車橋、輪彀和輪胎等各項零部件生產(chǎn)環(huán)節(jié)中。近期，深圳水滴激光科技有限公司將這項技術成功應用在汽車摩擦材料的制備過程中。激光清洗的原理大致可分為熱效應、光剝離和振蕩三種。是利用不同類型的激光器產(chǎn)生各種激光束，利用基底與表面污染物對某一波長激光能量吸收系數(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，瞬時高溫使污垢瞬間蒸發(fā)、氣化或分解，同時在固體表面產(chǎn)生超聲波，產(chǎn)生力學共振使污垢層或凝結(jié)物振動碎裂。對比傳統(tǒng)噴砂或拋丸等工業(yè)清洗方式，激光清洗最大的特點是無研磨和非接觸性。它無熱效應，不會對被清洗物體產(chǎn)生機械作用力，不損傷物體表面，不破壞基底，且不會產(chǎn)生二次污染，是綠色環(huán)保且無耗材的清洗方式。深圳水滴激光作為專精于激光清洗技術研發(fā)的國家高新技術企業(yè)、深圳市激光智能制造行業(yè)協(xié)會副會長單位，核心研發(fā)團隊由英國ALT激光、利物浦大學、曼徹斯特大學、哈工大等多所海內(nèi)外知名高校的博士及博士后組成，擁有激光清洗專項專利四十多項。裝備已先后應用于哈爾濱工業(yè)大學、廣西大學、中科院近代物理研究院等先進科學院所、佳通輪胎、德國采埃孚、中國航天、中國中車、中國西電等國內(nèi)外知名企業(yè)。產(chǎn)品連續(xù)三年獲得激光行業(yè)大獎：“2021年度紅光獎-中國激光裝備創(chuàng)新貢獻獎”、“2022年度維科杯激光行業(yè)-先進應用案例大獎”和“2023中國激光金耀獎新應用獎”。汽車長時間的使用過后，它的零部件多少都會積攢一些灰塵、銹跡、油污等等。汽車零件如果過臟，會導致過濾清潔效果變差，過多的雜質(zhì)進入油路氣缸內(nèi)，加劇機件的磨損，增加故障發(fā)生的可能性。為了汽車的安全運行，汽車輪轂、剎車片、剎車盤、引擎蓋等作為汽車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程中必不可少的工作。水滴激光定向開發(fā)的摩擦材料激光清洗設備，可對各類鼓式和盤式剎車片（蹄）和離合器總成，火車合成閘瓦等主要摩擦材料進行清洗，對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，可同時清洗多個樣件；速度可調(diào)，可適配生產(chǎn)線速度，縮短生產(chǎn)環(huán)節(jié)，減少工時；生產(chǎn)過程中只需接電，無其他耗材。可替代企業(yè)原有噴砂或鋼刷機等清洗工藝。目前，國內(nèi)汽車剎車片大廠有的已采用水滴激光定制設備，提高了生產(chǎn)的效率和穩(wěn)定性。
水滴激光剎車片激光清洗機及清洗效果
剎車片生產(chǎn)工序中，在平摩之后、噴塑之前，需要對面片進行清洗處理，產(chǎn)量較大，范圍較廣，具有典型性。因此我們以剎車片的清洗應用為例來比對鋼刷、噴砂和激光清洗三者的優(yōu)劣：清洗效率：鋼刷設備在清洗剎車片時無法清洗干凈平磨后表面的殘膠，造成下一道噴塑工序時會產(chǎn)生麻點，效果差強人意。噴砂設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烘箱和噴塑后固化工序等完整產(chǎn)線的生產(chǎn)時間，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)線速度。能耗大小：鋼刷機能耗在8KW/H左右，在三者位列第二。能耗最大的是噴砂工藝，總能耗高達到70KW/H。這是因為雖然噴砂機本身噴砂、行走、擺動三個電機的能耗在15KW/H左右，但供氣的空壓機每小時能耗卻高達55KW，所以算是耗能大戶。而我司該款激光清洗設備總能耗只有7KW/H，是噴砂設備的十分之一，在三者中能耗是最小的。經(jīng)濟環(huán)保： 從經(jīng)濟適用性上來講，噴砂設備每小時需消耗5KG的石英砂作為耗材，使用時間越長，所需耗材越多，隨著國家環(huán)保要求的逐步提高，部分地方政府已將砂洗機列入環(huán)保不達標類型。而鋼刷設備和激光清洗都只需接電，激光清洗因為自動化作業(yè)的緣故相比噴砂和鋼刷還能節(jié)省1-2位人工；從環(huán)保低碳的角度來說，激光清洗的沒有耗材、沒有排放、能耗小無噪音，也是三者中最為符合低碳環(huán)保要求的設備。激光清洗在密封行業(yè)的應用主要有金屬墊片生產(chǎn)過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。密封件分為很多個種類，典型的有O型密封圈或者是骨架油封、密封墊圈。通過激光束的照射，密封墊上油污瞬間蒸發(fā)從金屬上剝離，達到清潔的作用。金屬纏繞墊片在進纏繞機前需要把不銹鋼卷帶表面附著的油膜清洗干凈，現(xiàn)有工藝一般是通過化學浸泡來進行表面處理，激光清洗在該工序清洗效果可滿足廠家需求，應用的難點主要在于帶寬和產(chǎn)線速度無法適配這兩個問題上，一般激光清洗設備的寬度都在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。我司通過自主研發(fā)的超寬幅激光清洗設備可解決清洗寬度適配問題，產(chǎn)線速度方面工藝應用上雖然可解決，但目前業(yè)內(nèi)方案成本過高還需做進一步的優(yōu)化。密封圈模具表面油污和殘膠清洗應用上，我們開發(fā)了平板模具激光清洗設備，三維五軸運動，高自由度，適用于如摩擦行業(yè)的剎車片模具和密封行業(yè)的密封圈模具等各類平板模具，可進行防銹油去除和多次壓模后型腔表面殘留物清洗。可增配變位機以適應復雜模具，清洗過程可選擇保留電鍍層，保護刀口紋路，延長模具壽命。相比噴砂清洗來講不僅更為環(huán)保，而且也能保證不損傷型腔，減少產(chǎn)品殘次率。非金屬材質(zhì)密封墊片是密封行業(yè)中另一大類，這類產(chǎn)品對波段1064-1080nm的光纖激光吸收率較強，正常情況下會造成損傷，不太適合做工藝應用（如脈沖激光作用于橡膠材料表面時會造成10μm左右的損傷），但對少數(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，激光清洗在陶瓷類材質(zhì)和復合材料密封部件的氧化層清洗、打點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意的效果。可見激光清洗在不同材質(zhì)產(chǎn)品的應用上因為對激光吸收率不同會有差異性的表現(xiàn)，因此也可作為少數(shù)特殊密封材料表面改性的補充工藝。激光作為21世紀新型工業(yè)技術，在焊接、切割、熔覆等領域已有成熟且大范圍的應用。而激光清洗卻是近十年才為國人所知的新技術：2016年國內(nèi)第一臺激光清洗機才問世。短短幾年時間，中國激光清洗行業(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，逐漸趕上國際頂尖水準，迅速在傳統(tǒng)制造業(yè)和新能源行業(yè)等多個領域傳播開來。摩擦密封行業(yè)近年來同樣面臨著向低碳排放、環(huán)境友好的自動化集成方向轉(zhuǎn)型的機遇挑戰(zhàn)，相信激光工藝這個過程中也能發(fā)揮應有的作用，為行業(yè)發(fā)展貢獻相應的力量。
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