2018年国内激光清洗发展的机遇与挑战

来源:九州体育地址手机版    关键词:激光清洗, 铭镭激光,    发布时间:2018-11-15

设置字体:
随着我国环境保护法规要求越来越严格,人们的环保意识也在日益增强,传统清洗工业的诸多缺点越来越明显,特别是对空气和水带来污染。而激光清洗具有更清洁、非接触、高效灵活和适用于各种材质的物体等清洗特点,目前被认为是最环保、最有效的解决办法,同时激光清洗可以解决采用传统清洗方式无法解决的问题。

那么,什么是激光清洗呢?激光清洗技术主要是利用激光高能、高重复频率、高功率的特性,把高能量密度的光束打在待清洗物体表面的较小区域,利用基底材料与附着物对激光吸收能力的差异,使物体表面“藏污纳垢”的附着物或涂层瞬间“蒸发”或剥离。相比于传统清洗方式,激光清洗具有非接触、无磨刷、无污染物排放和适用性广等诸多优势,被认为是最可靠、最有效的“清洁工”,目前已经在武器装备清洗、文物保护、精密零件维护、飞行航空器、轨道机车等领域发挥着重要作用。

激光清洗技术实际应用

激光清洗不但可以用来清洗有机的污染物,也可以用来清洗无机物,包括金属的锈蚀、金属微粒、灰尘等。一般激光清洗技术应用于模具的清洗、飞机旧漆的清除、楼宇外墙的清洗、电子工业中的清洗、精密机械工业中的精确去酯清洗、核电站反应堆内管道清洗等领域。

激光清洗它不需要使用任何化学药剂,清洗下来的固体废料更易存放回收。“柔软无形”的光更不会对装备表面产生机械作用等“二次伤害”,且清洁度较高。同时,激光清洗效率高、用时少、使用成本低,购买激光清洗系统虽然前期一次性投入较高,但清洗系统可以长期稳定使用,运行成本低,每小时的运行费用仅为10元左右,更重要的是可以方便地实现自动化操作。

QQ图片20180807110546

图1 激光清洗金属部件的效果

激光清洗在国外的发展

激光清洗技术研究起步于20世纪80年代中期,但直到20世纪90年代初期才真正步入工业生产中,在许多场合逐步取代传统清洗方法。众所周知,欧洲国家普遍保留了大量的历史文物和古老建筑,许多教堂、城堡、大学、博物馆、雕塑等均有数百年甚至千年历史,欧洲人十分注重这些“古董”的保护与修复,自1990年代中已经开始把激光清洗技术用于文物修复去污。

国外激光清洗的去污范围非常广泛,从厚锈层到激光表面微细颗粒都可以去除,在去污中涉及激光清洗实验所使用的设备种类也比较多,所用九州体育的波长范围广,但激光清洗技术的发展不平衡,有些已实现工业化,有的还处于实验室阶段。目前发达国家对于激光清洗的应用并不陌生,已有近30年的使用经验。值得一提的是,发达国家经历了过百年的现代工业发展史,也曾经有过严重的空气、水、土壤污染等环境问题,伦敦还曾被称为雾都,而洛杉矶也有过“毒雾”事件,经过近半个世纪的环境整治和产业转移,加上使用了像激光加工、清洗这样的清洁技术,发达国家目前环保问题做得非常不错。值得一提的是,如今发达国家环保工艺发展高峰已过,激光清洗使用率也高,产业发展也已整合完成,主要供应商包括P-laser, CleanLaser, Adapt Laser Systems, General Lasertronics等,目前欧美国家的激光清洗市场表现稳定,但由于市场空间有限,并没有表现出爆发性增长,真正的大市场在中国以及一些新兴工业国家。

QQ图片20180807110541

图2 铭镭激光的激光清洗设备

中国激光清洗发展

中国是公认的制造大国,也是全球最大的加工国家,工业体量也是世界第一。为了工业现代化,解决大量的劳动力问题,中国在1990年代至今的20多年里,从引进外企到内生企业,用了25年的时间走完了欧美国家100年的工业化进程,继而带来的是环境恶化和工业污染,废水、废气、废弃物品毫无节制的排放。蓝天被雾霾覆盖、饮用水带异味、土壤重金属超标、各种废弃垃圾围城,都是当下环境突出问题。我国政府早已意识问题,也大力建设污水处理厂、废气吸附过滤设施等,然而这种措施只是先排放后处理,成本也非常高。在这种背景下,改变一些生产工序上的工艺和升级更加环保的清洗工艺,就成为非常迫切与必要的任务。激光清洗/除锈就是一项非常有发挥潜力选择。

笔者一直认为激光清洗技术不能算作一项激光加工,它是区别于激光加工的一种工件表面处理技术,它与以往的激光切割、焊接、钻孔、标刻、熔覆等不一样,这些是利用激光高能量与材料作用,改变材料的形状、性质或部件之间的关系,以实现加工效果,而激光清洗是不改变材料基质,只是把表面的污迹、锈迹、粉尘或者残留物清除干净,是一项表面“洗刷”工艺,而不是一项激光加工技术。尽管如此,并不意味着激光清洗就是一项毫无技术可言的工艺,相反,它的应用必须考虑到材料的材质、污迹的厚度、激光功率与能量适度等的因素,因其适用面较广泛,不同的材料应用需要不同参数的激光清洗系统,因此在工艺探索、研究、测试方面仍然有很多文章可做。

我国激光清洗技术的研究和设备的开发起步晚,基本上是跟踪国外的发展,虽然在较短时间内取得了一些成果,但是与国外相比存在明显的差距。自2004年始,我国学术界陆续出现一些关于激光清洗的研究文章,至2010年,中国工程物理研究院激光聚变中心在国内最早尝试开发了激光清洗设备,并成功运用在云冈石窟、石壁、石像、壁画等文物古迹。接着几年内国内各种科研机构关于激光清洗工艺的论文逐渐增加,关注度也颇多。

至2015年以前,国内外关于激光清洗应用的主要是固态九州体育,2016年外国九州体育巨头IPG Photonics推出了可用于激光清洗的高频率光纤九州体育,引起广泛的关注。国内的九州体育厂商创鑫激光首先跟进,于2016年下半年最早在国内推出了100W的用于激光清洗的脉冲光纤九州体育。2016年10月,位于深圳的铭镭激光首次在国内推出了200W 和500W 的工业激光清洗机。2017年3月,国内主要的几家光纤九州体育厂商均推出了可用于激光清洗的九州体育产品,而从事激光清洗设备开发的企业也层出不穷,激光清洗从一项“黑科技”逐渐显露在人们眼前,为更多的人所认识,从事汽车、模具、家电、电子制造、喷涂、金属制品等各行各业的人知道了激光清洗神奇的效率与环保“功效”后,都表示非常有兴趣试用一下。2017年9月,《激光制造商情》在江门智博会期间,举办了国内第一场“中国激光清洗应用技术论坛”,及时响应业界需求举办这场活动,有效探讨了激光清洗的不同技术工艺和发展方向。

早期的激光清洗机由于科技含量高、九州体育采购成本高,整机定价也偏高,过百万的一台机都有,许多潜在用户尽管表达了想用的意愿,但是面对过百万的采购成本,还是犹豫不决。由于过去一年多时间,从事类似九州体育生产的厂家也有了,做激光清洗整机的厂家更多了,整体的价格有所下降,现在一台中等功率的激光清洗机从30万至70万的都有,当然产品质量方面也是良莠不齐,在采购时必须认真甄别。

如今国内从事激光清洗的科研机构包括中国工程物理研究院激光聚变中心、解放军装甲兵工程学院再制造中心、哈尔滨工业大学、华中科技大学、南开大学等,相关九州体育厂家主要有创鑫激光、锐科激光、海富光子、飞博激光、中科四象、国科激光等,而从事激光清洗设备开发的企业就更多了,大族激光智能装备集团、华工激光、铭镭激光、帝耐激光、艾思兰、纽芬奇机电、武钢华工、嘉信激光、奥华激光、汇泽激光、瑞丰光电、翔明激光等,其中个别企业最高可以提供1000W的清洗机。目前国内提供激光清洗用的光纤九州体育最高功率水平去到800W,由海富光子生产,创鑫激光正在研发;而在1000W功率水平则仅是IPG一家提供。由于脉冲光纤九州体育的功率局限,更高功率的激光清洗应用,目前则要用上固体九州体育,英国的Powerlase公司可提供1600W用于激光清洗的固体九州体育。一些从事配套产品的企业也顺势推出了激光清洗头,比如金海创科技。较早开发的激光清洗机主要是手持式的,但由于激光的高亮度和高能量,使用高功率的激光时采用手持式也许不太适合,一些企业逐渐研发出了机器人激光清洗系统,包括铭镭、嘉信、汇泽几家,实现了自动化清洗控制,大大提高了清洗效率和人的安全。

尽管自2016年至2017年,激光清洗的工业应用吸引了各行各业的普遍关注,然而市场的成长与用户接受还是需要一些时间,直至2017年底,笔者预估全国有超过40家企业与科研机构从事激光清洗系统的研究与开发,总体激光清洗相关产品的营收不超过5亿元。因为激光清洗的工业应用在中国还是比较新,有些是初创企业,其业绩还不到一千万,而像大族激光、华工激光、铭镭激光等兼做清洗设备的,可依靠原来积累的品牌影响赢得一些订单。据悉,进入2018年各家激光清洗设备公司均取得了不错的增长,保守估计上半年的销售额比去年增长了超过60%。一部分原因是目前从事激光清洗设备的企业增加,各式机器层出不穷,价格也有一定下降,另外就是以往一些潜在用户在观望了解后,今年下决心采购用上激光清洗。

激光清洗挑战与憧憬

如今,激光清洗工艺的持续发展为激光技术在工业应用领域开辟了许多新的机遇,这一工艺在微电子、建筑、汽车制造、医疗、船舶清洗保养等领域的开发方兴未艾,应用市场前景极为广阔。在当前对于环保和安全意识日益增强的时代背景下,如何寻找更清洁,且不具损伤性的清洗方式是亟需思考的课题。

激光清洗技术的出现,开辟了激光技术在工业应用的新领域,它在微电子、建筑、核电站、汽车制造,医疗、文物保护等领域的开发方兴未艾,应用市场前景广阔。经过20多年的发展,激光加工我国的应用已初具规模,激光加工设备不仅进入了一些大型企业生产线,还布满了大大小小的临街激光加工站,这些为推广激光加工作出了重要贡献。激光清洗在金属除锈和模具去污方面的应用还非常少,而激光清洗技术在汽车制造、建筑等领域的市场仍在开发之中,在临街代加工门店更是看不到。因此激光清洗还有很长的路要走。

据市场调研报告显示, 2018年,全球激光清洗市场的价值将达到5.89亿美元,到2023年这一数值预计将达到7.24亿美元,2018年和2023年之间的复合年增长率(CAGR)为4.22%。上述领域不少属于国民经济的支柱产业,激光清洗技术添入其中后,产生的经济效益和社会效益是十分可观的,利用我国现有的激光技术条件,开发配套的激光清洗设备,并使其在短时间内实用化、产业化、是完全可能的,对推动高新技术产业的发展本身亦具有重要意义。

另外一个问题,目前还有些潜在用户认为激光清洗设备价格偏高,同时对各种清洗要求的工艺开发不够充分,导致还非常犹豫未能采购使用。笔者认为随着激光清洗应用的推广发展,未来设备系统价格还是有一些下降空间,然而机械设备价格不可能无限下降,就像激光打标机,经历了几年惨烈价格战后现在已经降无可降了。

激光清洗的继续发展必然会带来更多款式的产品,这不仅仅是一项工业应用技术,笔者相信它还可以结合生活应用,尽管现在不锈钢和铝制品应用广泛,但是每家每户都有金属用品和工具,许多人会因为一件工具生锈了而把它丢掉。假如以后临街的大小激光加工门店都配备了激光清洗机器,家里的农具、刀具、钳子等生锈了,拿去给人家清洗修复后,焕然一新,就像20年前那些进村里给人提供磨刀服务。试想一下,这样的激光清洗是多大的一门生意!