【2018R&D100】節能美光雷射清潔機 提升台灣加工產業競爭力

金屬材料產業扮演工業之母的角色,台灣金屬材料產業及所衍生中下游金屬製品產業產值達2.3兆元,如何減少工序、提升精度,是產業轉型躍升的重點。工研院研發的「節能美光雷射清潔機」,快速有效褪去加工件鏽垢,提升精度,獲國際肯定,入圍2018全球百大科技研發獎。

「節能美光雷射清潔機」能快速有效褪去加工件鏽垢,鐵鏽、銅鏽、油垢、水垢都不是問題。

細長的紅色雷射光輕巧的一掃而過,滿是鏽斑的鐵片馬上露出平滑的亮銀色基材!如此的除鏽好功力,來自工研院所研發的「皮奈秒節能雷射清潔機」。談起這項技術的開發緣起,工研院雷射與積層製造科技中心關鍵模組部經理曹宏熙坦言,這並非是研究計畫中的一部分,而是來自一段有趣的小插曲。

意外插曲 開啟雷射應用新視野

「同事家的烤箱烤盤積了許多碳垢,用菜瓜布拼命刷也刷不起來,心想不如拿這塊廢鐵盤來研究室,用雷射打印刻上自己的名字試試看。」曹宏熙說,這一試,竟然試出了一個驚人的發現,「名字是刻上去了,但他也發現雷射光掃過的地方,碳垢竟然也自動脫落了!」

熔點與氣化點的完美結合,雷射輕而易舉地就能將碳垢氣化。這項新奇的發現,激發起眾人的好奇心,心想:「碳垢都能清除了,那鐵鏽、銅鏽或是洗手台的水垢呢?」好奇心重的他們,對著辦公室所能找到的物品一項一項測試,也在這具有實驗精神的行動中,找到了雷射的未來運用。

曹宏熙坦言,10幾年前德國人就開始運用雷射為鐵軌與汽車除鏽,但因為所採用的雷射是一種連續性的雷射,所以始終沒有跨出除鏽之外的應用。「現在我們自己做雷射源,針對基材與髒汙特性,來調整雷射的脈衝寬度與參數,進行客製化,在去除髒汙的同時確保基材不受損傷,」曹宏熙說。

「為了不傷及基材,製程端的同仁必須細心調整,再回饋給研發人員進行參數微調,過程中哪怕是毫米數據差,都會大大影響成效,」曹宏熙回憶研發過程,每當取得昂貴的基材,就得更小心翼翼,「有些昂貴的樣品一小片就要價好幾萬元,常常是弄壞了也不見得能得出一個完美的參數,因此我們的實驗成本實在非常高。」

台灣加工產業多,受限台灣氣候潮溼,零件常常在焊接前就已生鏽,因此多需透過人工拋磨的方式先行除鏽再焊接,否則焊接部位會不夠牢固。然而人工拋磨有其風險,除了可能損及原件造成精度下降,也容易造成工傷,因此除鏽工作早已困擾產業界多年,而國外的除鏽機1台動輒要價300萬元起跳,一般中小型企業難以負擔。

免維護無耗材 深具競爭優勢

「即使有能力負擔,國外的除鏽機也不一定適用於台灣產業,」曹宏熙進一步解釋,「德國機器瓦數多在500瓦以上,只能除去鐵鏽,我們利用脈衝雷射縮減到50瓦,但雷射瞬間峰值可達5萬瓦,不僅電費省、體積也小,使用材質範圍更廣,與德國機器相較,我們有很大的競爭優勢。」

工研院所研發的節能美光雷射清潔機,能透過單機版控制介面及軟體,業者無須安裝與調整,就能輕鬆的透過電腦選擇清潔模式,調整清除線寬、能量與速度;除此之外,全光纖架構設計不僅不用維護,甚至無須耗材。最終目標是希望小至家庭,大至工商業,都能利用雷射完美完成清潔工作。

為更加切合市場需求,曹宏熙與團隊致力於縮小機台,今年推出的嶄新機型,從原先大如1台雙門冰箱,縮減為僅有24吋行李箱大小;手持式槍頭也從3公斤改良至1公斤的輕巧重量,目前已經可以進入產業實際運作,對於加工製造廠而言,無疑是減少加工流程、提高商品精度的一大助力。

研發團隊下一步計畫打進台灣傲踞全球的「晶片與半導體業」,「現在的半導體業使用有機溶劑清潔髒汙,過程中就會產生許多廢水與汙染源,如果可以利用雷射做清潔就不會有這樣的問題。」曹宏熙說。

儘管雷射清潔技術在不同基材與髒汙型態上的挑戰依然不斷,曹宏熙始終相信,若雷射可以與傳統加工產業結合,將可大幅提高產業的國際競爭力。曹宏熙深具信心地表示:「目前世界各國在雷射應用方面都尚在起跑階段,如果我們能率先將雷射導入設備廠,相信對於發展精密機械乃至智慧機械產業,絕對有莫大助益!」

經過多次改良的最新雷射除鏽機,僅有24吋行李箱大小,小至家庭,大至工商業,都能利用雷射完美完成清潔工作。

★技術亮點:舉凡鐵鏽、銅鏽、油垢、水垢,甚至是烤漆與陽極皮膜,都能輕鬆「一掃即除」,堪稱工業基材的淨膚雷射。

(本文經工業技術與資訊授權轉載《手持式50W雷射清潔機 提升台灣加工產業競爭力 》)

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