前言

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(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(xì)度和可實(shí)現(xiàn)無人自動化的集成優(yōu)勢，已廣泛應(yīng)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(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)用在汽車摩擦材料的制備過程中。

一 激光清洗原理

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(xué)共振使污垢層或凝結(jié)物振動碎裂。

激光清洗原理示意圖

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(diǎn)是無研磨和非接觸性。它無熱效應(yīng)，不會對被清洗物體產(chǎn)生機(jī)械作用力，不損傷物體表面，不破壞基底，且不會產(chǎn)生二次污染，是綠色環(huán)保且無耗材的清洗方式。

二 水滴激光

深圳水滴激光作為專精于激光清洗技術(shù)研發(fā)的國家高新技術(shù)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(tuán)隊(duì)由英國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，擁有激光清洗專項(xiàng)專利四十多項(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(xiàn)獎”、“2022年度維科杯激光行業(yè)-先進(jìn)應(yīng)用案例大獎”和“2023中國激光金耀獎新應(yīng)用獎”。

三  摩擦行業(yè)激光清洗設(shè)備

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(dǎo)致過濾清潔效果變差，過多的雜質(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。為了汽車的安全運(yùn)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(shè)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(jìn)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�？商娲�企業(yè)原有噴砂或鋼刷機(jī)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(shè)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(jī)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(jìn)行清洗處理，產(chǎn)量較大，范圍較廣，具有典型性。因此我們以剎車片的清洗應(yīng)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(shè)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(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�。轰撍�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、擺動三個電機(jī)的能耗在15KW/H左右，但供氣的空壓機(jī)每小時能耗卻高達(dá)55KW，所以算是耗能大戶。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)適用性上來講，噴砂設(shè)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(jī)列入環(huán)保不達(dá)標(biāo)類型。而鋼刷設(shè)備和激光清洗都只需接電，激光清洗因?yàn)樽詣踊�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(shè)備。

四 密封行業(yè)激光清洗設(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(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)有工藝一般是通過化學(xué)浸泡來進(jìn)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(yīng)用的難點(diǎn)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(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(shè)備可解決清洗寬度適配問題，產(chǎn)線速度方面工藝應(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，我們開發(fā)了平板模具激光清洗設(shè)備，三維五軸運(yùn)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(jìn)行防銹油去除和多次壓模后型腔表面殘留物清洗�？稍雠渥兾粰C(jī)以適應(yīng)復(fù)雜模具，清洗過程可選擇保留電鍍層，保護(hù)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。

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，這類產(chǎn)品對波段1064-1080nm的光纖激光吸收率較強(qiáng)，正常情況下會造成損傷，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(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意的效果�？梢娂す馇逑丛诓煌�材質(zhì)產(chǎn)品的應(yīng)用上因?yàn)閷�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(bǔ)充工藝。

激光清洗設(shè)備用于陶瓷材質(zhì)打點(diǎn)毛化

總結(jié)

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人所知的新技術(shù)：2016年國內(nèi)第一臺激光清洗機(jī)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(shù)，逐漸趕上國際頂尖水準(zhǔn)，迅速在傳統(tǒng)制造業(yè)和新能源行業(yè)等多個領(lǐng)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(jī)遇挑戰(zhàn)，相信激光工藝這個過程中也能發(fā)揮應(yīng)有的作用，為行業(yè)發(fā)展貢獻(xiàn)相應(yīng)的力量。

作者：HydroLaser