随着国家双碳政策的落地，到2025年绿色低碳循环发展的经济体系初步形成的顶层目标提出，绿色环保的工业加工方式逐渐成为各行各业都在寻找的替代性工业技术，对于固定资产占有量大，资金周转期长的传统制造业企业来说更是迫在眉睫。激光清洗作为未来替代传统清洗方式的新型“绿色”科技，无污染零耗材的新型工业清洗工艺，凭借着微米级的工艺精细度和可实现无人自动化的集成优势，已广泛应用在汽车的动力电池系统、传动轴承、车桥、轮彀和轮胎等各项零部件生产环节中。近期，深圳水滴激光科技有限公司将这项技术成功应用在汽车摩擦材料的制备过程中。激光清洗的原理大致可分为热效应、光剥离和振荡三种。是利用不同类型的激光器产生各种激光束，利用基底与表面污染物对某一波长激光能量吸收系数的差别，使基底物质与表面污物吸收能量产生热膨胀脱离，瞬时高温使污垢瞬间蒸发、气化或分解，同时在固体表面产生超声波，产生力学共振使污垢层或凝结物振动碎裂。对比传统喷砂或抛丸等工业清洗方式，激光清洗最大的特点是无研磨和非接触性。它无热效应，不会对被清洗物体产生机械作用力，不损伤物体表面，不破坏基底，且不会产生二次污染，是绿色环保且无耗材的清洗方式。深圳水滴激光作为专精于激光清洗技术研发的国家高新技术企业、深圳市激光智能制造行业协会副会长单位，核心研发团队由英国ALT激光、利物浦大学、曼彻斯特大学、哈工大等多所海内外知名高校的博士及博士后组成，拥有激光清洗专项专利四十多项。装备已先后应用于哈尔滨工业大学、广西大学、中科院近代物理研究院等先进科学院所、佳通轮胎、德国采埃孚、中国航天、中国中车、中国西电等国内外知名企业。产品连续三年获得激光行业大奖：“2021年度红光奖-中国激光装备创新贡献奖”、“2022年度维科杯激光行业-先进应用案例大奖”和“2023中国激光金耀奖新应用奖”。汽车长时间的使用过后，它的零部件多少都会积攒一些灰尘、锈迹、油污等等。汽车零件如果过脏，会导致过滤清洁效果变差，过多的杂质进入油路气缸内，加剧机件的磨损，增加故障发生的可能性。为了汽车的安全运行，汽车轮毂、刹车片、刹车盘、引擎盖等作为汽车中重要的零部件需要定期检查维修，保障各种工件、零部件的清洁度是检修过程中必不可少的工作。水滴激光定向开发的摩擦材料激光清洗设备，可对各类鼓式和盘式刹车片（蹄）和离合器总成，火车合成闸瓦等主要摩擦材料进行清洗，对于特定的密封材料如陶瓷片、金属垫片等也有良好的表现。清洗宽度为一米，可同时清洗多个样件；速度可调，可适配生产线速度，缩短生产环节，减少工时；生产过程中只需接电，无其他耗材。可替代企业原有喷砂或钢刷机等清洗工艺。目前，国内汽车刹车片大厂有的已采用水滴激光定制设备，提高了生产的效率和稳定性。
水滴激光刹车片激光清洗机及清洗效果
刹车片生产工序中，在平摩之后、喷塑之前，需要对面片进行清洗处理，产量较大，范围较广，具有典型性。因此我们以刹车片的清洗应用为例来比对钢刷、喷砂和激光清洗三者的优劣：清洗效率：钢刷设备在清洗刹车片时无法清洗干净平磨后表面的残胶，造成下一道喷塑工序时会产生麻点，效果差强人意。喷砂设备和激光清洗都能完全清洗干净平磨工序后表面残留，喷砂的清洗速度比激光清洗更快，但如果考虑平磨前进烘箱和喷塑后固化工序等完整产线的生产时间，喷砂的清洗速度有所冗余，激光清洗虽然较慢，但也能适配生产线速度。能耗大小：钢刷机能耗在8KW/H左右，在三者位列第二。能耗最大的是喷砂工艺，总能耗高达到70KW/H。这是因为虽然喷砂机本身喷砂、行走、摆动三个电机的能耗在15KW/H左右，但供气的空压机每小时能耗却高达55KW，所以算是耗能大户。而我司该款激光清洗设备总能耗只有7KW/H，是喷砂设备的十分之一，在三者中能耗是最小的。经济环保： 从经济适用性上来讲，喷砂设备每小时需消耗5KG的石英砂作为耗材，使用时间越长，所需耗材越多，随着国家环保要求的逐步提高，部分地方政府已将砂洗机列入环保不达标类型。而钢刷设备和激光清洗都只需接电，激光清洗因为自动化作业的缘故相比喷砂和钢刷还能节省1-2位人工；从环保低碳的角度来说，激光清洗的没有耗材、没有排放、能耗小无噪音，也是三者中最为符合低碳环保要求的设备。激光清洗在密封行业的应用主要有金属垫片生产过程中的不锈钢带表面油污去除、密封圈模具表面油污和残胶清洗、以及特种密封材料表面改性。密封件分为很多个种类，典型的有O型密封圈或者是骨架油封、密封垫圈。通过激光束的照射，密封垫上油污瞬间蒸发从金属上剥离，达到清洁的作用。金属缠绕垫片在进缠绕机前需要把不锈钢卷带表面附着的油膜清洗干净，现有工艺一般是通过化学浸泡来进行表面处理，激光清洗在该工序清洗效果可满足厂家需求，应用的难点主要在于带宽和产线速度无法适配这两个问题上，一般激光清洗设备的宽度都在150-200mm之间，而不锈钢带宽度在1100-1500mm之间;且钢卷清洗生产节拍过快，一般在10M/min以上，比激光清洗的适配速度高十倍左右。我司通过自主研发的超宽幅激光清洗设备可解决清洗宽度适配问题，产线速度方面工艺应用上虽然可解决，但目前业内方案成本过高还需做进一步的优化。密封圈模具表面油污和残胶清洗应用上，我们开发了平板模具激光清洗设备，三维五轴运动，高自由度，适用于如摩擦行业的刹车片模具和密封行业的密封圈模具等各类平板模具，可进行防锈油去除和多次压模后型腔表面残留物清洗。可增配变位机以适应复杂模具，清洗过程可选择保留电镀层，保护刀口纹路，延长模具寿命。相比喷砂清洗来讲不仅更为环保，而且也能保证不损伤型腔，减少产品残次率。非金属材质密封垫片是密封行业中另一大类，这类产品对波段1064-1080nm的光纤激光吸收率较强，正常情况下会造成损伤，不太适合做工艺应用（如脉冲激光作用于橡胶材料表面时会造成10μm左右的损伤），但对少数特种材料上又可作为改性手段，如附着聚甲基氢硅氧烷的橡胶材料，在清除涂层的同时能提升表面摩擦系数至35mN/m、表面张力至38dyne/cm以上。与此同时，激光清洗在陶瓷类材质和复合材料密封部件的氧化层清洗、打点毛化等工艺上又有良好表现，在金属表面的密封胶去除上也有着令人满意的效果。可见激光清洗在不同材质产品的应用上因为对激光吸收率不同会有差异性的表现，因此也可作为少数特殊密封材料表面改性的补充工艺。激光作为21世纪新型工业技术，在焊接、切割、熔覆等领域已有成熟且大范围的应用。而激光清洗却是近十年才为国人所知的新技术：2016年国内第一台激光清洗机才问世。短短几年时间，中国激光清洗行业整体已经突破一体化协同控制板卡系统、边缘控光系统等技术，逐渐赶上国际顶尖水准，迅速在传统制造业和新能源行业等多个领域传播开来。摩擦密封行业近年来同样面临着向低碳排放、环境友好的自动化集成方向转型的机遇挑战，相信激光工艺这个过程中也能发挥应有的作用，为行业发展贡献相应的力量。
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