CN108787636A - 一种激光清洗去除复合材料表面漆层的方法 - Google Patents

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周晓伟
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Abstract

本发明提出一种激光去除复合材料表面漆层的方法，包括以下步骤：S1：调整激光器的输出平均功率为150‑200W；S2：调整激光的重复频率为10‑20kHz；S3：调整激光的脉宽为60‑120ns；S4：调整激光到达清洗对象的光斑直径为0.5‑1mm；S5：调整扫描振镜的频率为40‑50Hz；S6：调节扫描振镜的振动幅度；S7：调整激光光斑在清洗对象表面的行进速度。通过调整激光扫描参数，包括光斑面积(光斑直径与光斑长度)、激光重复频率、扫描振镜的频率、扫描振镜的振动幅度、激光功率、脉宽等，有效去除复合材料表面的废弃漆层。

Description

一种激光清洗去除复合材料表面漆层的方法
技术领域
本发明属于激光清洗技术领域，具体涉及一种激光去除复合材料表面漆层的方法。
背景技术
随着我国工业经济的发展，工业清洗行业也更新换代。传统的清洗技术主要有化学清洗、干冰清洗和喷砂清洗等，其中化学清洗和喷砂清洗都会不同程度地带来二次污染，因此逐渐开始淘汰，干冰清洗在某些领域的应用范围较广。复合材料是由金属材料、陶瓷材料或高分子材料等两种或两种以上的材料经过复合工艺而制备的多相材料，各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料作为一种广泛应用的材料，近些年来，其清洗需求也越来越大。但是传统的清洗方法包括干冰清洗都基本不能满足需求。激光清洗作为一种新兴的清洗技术在近年来得到迅速发展，但是对于复合材料来说，清洗工艺至关重要，因为不当的清洗工艺或清洗设备会对复合材料本身造成很大的损伤。因此，提出一种对复合材料的优化的激光清洗工艺是至关重要的。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种激光去除复合材料表面漆层的方法，包括以下步骤：
S1：调整激光器的输出平均功率为150-200W。复合材料表面的漆层厚度越大，激光器的输出平均功率调整得越大；S2：调整激光的重复频率为10-20kHz。复合材料表面的漆层厚度越大，激光的重复频率调整得越低；S3：调整激光的脉宽为60-120ns。复合材料表面的漆层厚度越大，激光的脉宽调整得越小；S4：调整激光到达清洗对象的光斑直径为0.5-1mm；S5：调整扫描振镜的频率为40-50Hz；S6：调节扫描振镜的振动幅度；S7：调整激光光斑在清洗对象表面的行进速度。
在进一步的实施例中，步骤S1的激光器为固体激光器。固体激光器峰值功率高，输出能量大，易于调节参数控制激光光斑尺寸。
在进一步的实施例中，步骤S1的激光器输出的激光波长为1064nm。
在进一步的实施例中，步骤S6的扫描振镜的振动幅度的调节要求将激光调节为线光斑，并且使激光光斑在清洗对象表面行程的线长度为3-5cm。
在进一步的实施例中，步骤S7的激光光斑在清洗对象表面的行进速度为1-4cm/s。复合材料表面的漆层厚度越大，激光光斑在清洗对象表面的行进速度越小。
本发明提出的一种激光去除复合材料表面漆层的方法可以有效去除复合材料表面的漆层，通过调整激光扫描参数，包括光斑面积(光斑直径与光斑长度)、激光重复频率、扫描振镜的频率、扫描振镜的振动幅度、激光功率、脉宽等，有效去除复合材料表面的废弃漆层。该方法简单易行，去除有效，尤其对复合材料基底损伤很小，而且使用范围广，对多种复合材料都使用，满足工业再制造生产的需求。
附图说明
包括附图以提供对实施例的进一步理解并且附图被并入本说明书中并且构成本说明书的一部分。附图图示了实施例并且与描述一起用于解释本发明的原理。将容易认识到其它实施例和实施例的很多预期优点，因为通过引用以下详细描述，它们变得被更好地理解。附图的元件不一定是相互按照比例的。同样的附图标记指代对应的类似部件。
图1图示了根据本发明的激光去除复合材料表面漆层的方法的实施例的步骤流程图；
图2图示了根据本发明的激光去除复合材料表面漆层的方法的实施例的装置示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提出了一种激光去除复合材料表面漆层的方法，具体实施例如下：
实施例1
本发明提供复合材料表面的清洗工艺，涉及一种激光去除复合材料表面漆层的方法，具体包括以下步骤：
S1：调整激光器1的输出平均功率为150W；
S2：调整激光的重复频率为20kHz；
S3：调整激光的脉宽为100ns；
S4：调整激光到达清洗对象的光斑直径为0.8mm；
S5：调整扫描振镜2的频率为40Hz；
S6：调节扫描振镜2的光斑在清洗对象表面的长度为4mm；
S7：调整激光光斑在清洗对象表面的行进速度为3cm/s。
步骤S1所述的激光器1为固体激光器；优选的，采用掺钕钇铝石榴石激光器(Nd3+:YAG)。在其他可行的实施例中，也可以选用其他固体激光器。
步骤S1的激光器1的输出光波长为1064nm。
步骤S6的扫描振镜2的振动幅度的调节要求将激光调节为线光斑；
步骤S7的激光光斑在清洗对象表面的行进速度为1-4cm/s。
采用以上步骤清洗碳纤维复合材料表面的漆层，有效去除了漆层，露出碳纤维复合材料本底，基底材料仅微损伤。
实施例2
S1：调整激光器1的输出平均功率为200W；
S2：调整激光的重复频率为12kHz；
S3：调整激光的脉宽为70ns；
S4：调整激光到达清洗对象的光斑直径为0.7mm；
S5：调整扫描振镜2的频率为50Hz；
S6：调节扫描振镜2的光斑在清洗对象表面的长度为4mm；
S7：调整激光光斑在清洗对象表面的行进速度为3cm/s。
步骤S1的激光器1为固体激光器；优选的，采用掺钕钇铝石榴石激光器(Nd3+:YAG)。在其他可行的实施例中，也可以选用其他固体激光器。
步骤S1的激光器1的输出光波长为1064nm。
步骤S6的扫描振镜2的振动幅度的调节要求将激光调节为线光斑；
步骤S7的激光光斑在清洗对象表面的行进速度为1-4cm/s。
在实验中，发明人将该方法用于清洗芳纶纤维复合材料表面的漆层，实现了漆层的有效去除，基底材料未发生损伤。
在可选的实施例中，包括实施例1和实施例2，复合材料的表面漆层的材料为丙烯酸漆，也可以为环氧底漆等其他漆层。丙烯酸漆漆膜干燥快，附着力好，耐热性、耐候性能好，具有较好的户外耐久性。但是在清洗去除的时候难度较大，使用化学清洗和喷砂清洗都会不同程度地带来二次污染或者严重的损伤，因此采用激光去除是一个优选的方式。
如图2所示，实施上述实施例的装置除了激光器1和扫描振镜2之外，还包括输出端3、控制系统4、冷水机5和电源6。输出端3包括扫描振镜2、准直透镜7和光纤8，输出端3的功能除了光学聚焦以外，主要是当激光发射到扫描振镜2的中心，扫描振镜2振动实现光学扫描。光纤8起到传输的作用，准直透镜7可以将激光准直变成平行光。扫描振镜2的振动幅度对应光斑在清洗对象表面的长度。冷水机5用于给激光器1制冷。电源6给激光器1供电，就可以启动激光器1发射激光，电流的大小对应激光器1的功率大小。
控制系统4用于控制激光器1和输出端3的扫描振镜2等机构。激光器1输出的激光经过光纤8传输到输出端3。输出端3将光纤8输出激光整形后打在扫描振镜2上，扫描振镜2振动，扫描振镜2反射的激光聚焦后照射到清洗样品上，由于扫描振镜2的振动，形成了线性的光斑，激光的光斑在清洗对象表面的长度可调，实现对清洗对象的清洗。光纤8输出的激光直接发射到准直透镜7上，光纤8端放置在准直透镜7的焦点，透镜输出的光为近似平行光，平行光就发射到扫描振镜2上。
本发明利用扫描振镜2扫描并聚焦后的准连续激光作为工具，通过调整激光扫描参数，包括光斑面积(光斑直径与光斑长度)、激光重复频率、扫描振镜2的频率、扫描振镜2的振动幅度、激光功率、脉宽等，有效去除复合材料表面的废弃漆层。该方法简单易行，去除有效，尤其对复合材料基底损伤很小，满足工业再制造生产的需求。
以上描述了本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
在本申请的描述中，尽管在方法权利要求中以一定顺序列出了各个步骤，但是这些步骤并不一定以所列出的步骤来执行，相反在不背离本发明的精神和主旨的情况下可以以相反或并行的方式执行。措词‘包括’并不排除在权利要求未列出的元件或步骤的存在。元件前面的措词‘一’或‘一个’并不排除多个这样的元件的存在。在相互不同从属权利要求中记载某些措施的简单事实不表明这些措施的组合不能被用于改进。在权利要求中的任何参考符号不应当被解释为限制范围。

Claims (5)

1.一种激光去除复合材料表面漆层的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：调整激光器的输出平均功率为150-200W；
S2：调整激光的重复频率为10-20kHz；
S3：调整激光的脉宽为60-120ns；
S4：调整激光到达清洗对象的光斑直径为0.5-1mm；
S5：调整扫描振镜的频率为40-50Hz；
S6：调节扫描振镜的振动幅度；
S7：调整激光光斑在清洗对象表面的行进速度。
2.根据权利要求1所述的激光去除复合材料表面漆层的方法，其特征在于，步骤S1所述的激光器为固体激光器。
3.根据权利要求1所述的激光去除复合材料表面漆层的方法，其特征在于，步骤S1所述的激光器输出的激光波长为1064nm。
4.根据权利要求1所述的激光去除复合材料表面漆层的方法，其特征在于，步骤S6所述的扫描振镜的振动幅度的调节要求将激光调节为线光斑，并且使光斑在清洗对象表面行程的线长度为3-5cm。
5.根据权利要求1所述的激光去除复合材料表面漆层的方法，其特征在于，步骤S7所述的激光光斑在清洗对象表面的行进速度为1-4cm/s。
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