激光清洗在船舶行业的应用

　　新工艺被证明是传统机械清洁方法的一种更快、更经济的替代方法，同时显著降低船舶的燃料消耗和海洋生物物种迁移的风险。此前，一艘游轮因船体上存有生物淤积而被拒绝进入澳大利亚港口的消息，一时间成为了头条新闻。

　　什么是生物淤积？

　　生物淤积是指藻类、贻贝和其他海洋生物在船体、港口板桩墙或锚定在水下的钢梁上生长。经过数百万年的进化，它们的附着可以像工业粘合剂一样坚固。生物淤积的厚度通常在2-3cm。在航运运输中，由于生物淤积的存在，加重了整个船体的自身重量。例如，像小贝壳这样不起眼的生物淤积，可以造成每平方米50 公斤的额外重量，在折算成3000 平方米的船体面积，大致可以产生超过150 吨的生物淤积重量，非常可观。

　　因此，生物淤积大大增加了船体的重量和流动阻力，导致增加额外的燃料消耗（+30%），并释放出更多的二氧化碳排放。同时，目的地的港口管理方还可能以此拒绝这些船只停泊在某些港口，因为担心外来物种会破坏当地生态系统的稳定。去年12 月，一座具有14 层、容纳930 人的维京猎户座游轮被迫在距离澳大利亚阿德莱德海岸17 英里的地方停泊了大约一周，当时专业潜水员正在清理船体上潜在的有害生物淤积。

　　不过，生物淤积不单单只会影响航运业，还有其他方面的危害。例如，它可以在功能上损害潮汐发电厂、水产养殖笼或其他可移动建筑。此外，海洋生物还会侵蚀单个表面的防腐涂层和材料结构，从而危及石油钻井平台或风力涡轮机基础等纯固定结构的长期稳定性。

　　目前使用什么方法来处理生物污垢？

　　作为一种预防措施，海事公司过去经常使用杀菌防污涂料，从根本上防止生物淤积的生长，或破坏粘附生物的细胞结构。然而，由于这种方法对其他水生生物具有毒性，只有少数杀菌防污涂料被批准使用，即使是这些涂料在不久的将来也很有可能被完全禁止。不含生物杀伤剂的替代品已经问世，形式是硅基防污涂料，提供了一个特别光滑的表面结构，有助于防止生物淤积的附着。

　　然而，这些涂层的功效十分有限，因为它们只能延缓生物淤积的生成。船体上的海洋生物可以在短时间内迅速地大量繁殖，所以即使有涂层的保护，在短时间内仍然可以观察到有大量新的生物淤积。

　　传统清洗船体的方式包括潜水队和干船坞使用机械清洗。这种方法需要用到带有液压驱动的刷子、切割器或振动刀，以及高压水枪。传统清洗方法不仅花费巨大，而且耗时持久，清洗过程中还会释放出大量的海洋生物，这就是为什么世界上许多港口都禁止机械式船舶清洁的原因。

　　事实证明，几乎不可能在不损害现有防污层和防腐蚀层的情况下，用机械方法清洁生物淤积。经过传统清洗的船体，一般会出现清漆和硅胶层的剥落，甚至会产生裂缝。这不仅诱发了锈斑的形成，还实际上增加了生物淤积的发生，因为生物可以更容易地附着在表面涂层的裂缝和划痕上。

　　激光清洗是解决方案吗？

　　FoulLas（使用水下激光去除海面污垢）项目的伙伴成员于2019 年8 月开始，并在当年的12 月得出结论，试图解决使用水下激光器清洁生物淤积的挑战。

　　Laserline、LZH 和Fraunhofer IFAM 联合开发的工艺，是通过蓝光激光器对附着在船体表面的生物淤积进行完全的清理，而不会破坏船体的底层涂层。生物淤积组织细胞被破坏后，可以在短时间后用水简单地冲走。新工艺已经证明是目前传统机械清洁方法的一种更快、更经济、更环保的替代方法，同时减少对修复涂层的需求。

　　测试实验是在Fraunhofer IFAM 和LZH 在北海小群岛Helgoland 运营的测试设施进行的。在这里，样本取自暴露在海水中真实条件下的生物淤积中。研究团队使用Laserline1.5kW LDMblue 以及光束传输光学器件开发了一种激光系统，以产生线形焦点。

　　对生物淤积样品进行成像、称重、使用处理系统将其浸入充满海水的水箱中，并使用激光照射。经过激光清洗后，再对样品进行成像并再次称重并返回海水中。Laserline 光学工程师兼FoulLas 项目经理Markus Baumann 博士表示：“经过蓝光激光器处理后，生物淤积的颜色发生了明显变化，从深绿色/棕色变为浅绿色。经过2-4 周的观察期，经过激光照射的样本显示出生物淤积减少的趋势。”

　　通过模拟洋流，就像在现实生活中移动的船只所增加的那样，清洁效果进一步增强，被移除的的生物淤积不再对外国的生态系统构成危险。该项目持续了几年，以监测生物淤积生长的季节性影响，并相应地制定一系列工艺策略。

　　Baumann 谈到：“我们对样品采取不同的参数包括激光功率、功率密度、持续时间进行实验，以了解了哪些参数可以有效去除生物淤积。”

　　为行业做好准备

　　FouLas 项目旨在作为一项可行性研究，以开发和证明激光技术对抗生物淤积的有效性。因此，该技术目前仅在实验室环境中进行了测试，尚未在水下船体上进行试验。Baumann说：“然而，我们想开发一种在真实船体上实现可操作的技术。目标是拥有一个远程操作的水下航行器，可以在装卸过程中清洁船体，配备摄像头和传感器，以确保特定级别的清洁。”

　　设想的系统将有可能实现更短的清洁间隔，这为海事公司带来了进一步的好处，此外还降低了燃料消耗成本和物种迁移的风险。

　　国内激光清洗行业现状

　　说起激光清洗在国内的行业应用，在过去几年，锐科激光多次与轨道交通、汽车行业合作，在激光清洗领域做了深度研发和探索，摸索出一套国产激光清洗装备的发展之路。4 月，锐科激光与国家先进轨道交通装备创新中心举行了线上直播活动，共同探讨激光清洗在轨道交通行业的创新应用。目前，国内的轨道交通行业大多已经进入到密集的维保期，激光清洗在该领域将有很大的市场空间。

　　相比传统的喷砂和打磨清洗，激光清洗的优点明显。在激光清洗过程中，首先需要去除工件原有的油漆涂层。在过去的操作中，这项工序劳动强度高、粉尘污染大，自动化程度比较低。通过将激光清洗与自动化设备相结合，从而可以有效加快清洗效率，提高清洗质量。

　　去年11 月，在荣格工业传媒举办的2022 增材制造与激光加工技术论坛上，锐科激光清洗行业总监周晚君发表了“激光清洗激光器产业化发展及应用现状”的主题演讲。激光清洗在轨道交通行业、新能源行业、建筑行业都已得到广泛的应用，效果显著。

　　除了轨道交通行业，激光清洗还在新能源汽车领域有着广泛应用。包括极柱清洗：应用于新能源动力电池清洗，清洗后表面极柱呈现乳白色，无金属光泽；注液口清洗：应用于新能源动力电池清洗，清洁度更高、非接触式清洗、不伤基底，绿色加工无污染；电池极片清洗：应用于新能源动力电池清洗，大大提高电池的空间利用率，使其具有更高的能量密度，提高极片的均匀性和设备的稳定性，进一步提高电池的充放电性能；轮胎修复及静音胎清洗：应用于新能源汽车的轮胎清洗，清洗轮胎内面油污，提升摩擦系数，不伤基材，清洗后附着力和效率显著提升。