隨著高鐵技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和地域覆蓋面的不斷增加，航空工業(yè)面臨著越來越嚴(yán)峻的競爭壓力。特別是新冠疫情肆虐導(dǎo)致航空業(yè)務(wù)受到重大影響，全球氣候變暖導(dǎo)致環(huán)境災(zāi)難頻發(fā)的時(shí)代背景下，如何降低飛行成本、減少溫室氣體排放是航空工業(yè)必須考慮的問題。然而在這之上，航空安全才是重中之重。飛機(jī)零部件的高性能、抗疲勞性、抗侵蝕性是航行安全的基本要求。激光技術(shù)的應(yīng)用給航空安全、降低成本、減少碳排放提供了助力。

飛機(jī)維保過程中，需要定期對(duì)機(jī)體表面重新涂裝。涂裝前必須對(duì)機(jī)體表面的原有油漆予以去除。對(duì)局部細(xì)微裂縫、缺損進(jìn)行修補(bǔ)。傳統(tǒng)的飛機(jī)油漆去除方法有噴砂清洗、化學(xué)清洗、手工打磨拋光等。其中噴砂(噴丸、干冰)方法(約占清洗總量的20%)為接觸式清洗，易對(duì)工件造成損傷，影響機(jī)械力學(xué)性能，污染環(huán)境�；瘜W(xué)方法(約占清洗總量的75%)大多采用苯類溶劑浸泡、鏟刮工藝去除油漆。溶劑毒性大，不降解，無法處理，污染環(huán)境，職業(yè)健康危害大;清洗時(shí)間周期長，對(duì)零部件存在腐蝕和二次污染。手工打磨拋光方法(約占清洗總量的5%)為接觸式清洗，損傷工件表面，影響機(jī)械力學(xué)性能。勞動(dòng)強(qiáng)度大，清洗質(zhì)量不受控。

采用激光清洗代替?zhèn)鹘y(tǒng)清洗工藝去除老化的飛機(jī)涂裝是一個(gè)最佳選擇。激光脫漆為非接觸式清洗，激光能量被油漆層吸收，被基材反射，零部件的機(jī)械力學(xué)性能不受影響，抗腐蝕性強(qiáng)，激光清洗不損傷基材;激光脫漆不使用化學(xué)藥劑，無污染物排放，固態(tài)廢棄物易于收集處理，對(duì)零部件沒有二次污染，綠色環(huán)保;激光清洗設(shè)備易于實(shí)行自動(dòng)化智能清洗，清洗過程可被復(fù)制，重復(fù)實(shí)施，清洗質(zhì)量高，一致性好;激光脫漆過程無需耗材，設(shè)備運(yùn)行成本低。激光的無應(yīng)力無損綠色環(huán)保清洗優(yōu)勢(shì)為飛機(jī)維保提供了安全和質(zhì)量保證。

歷年來，各國對(duì)航空裝備表面激光脫漆先后進(jìn)行了各種嘗試。循著激光光源的發(fā)展軌跡，先后開發(fā)了使用CO2激光光源、Nd:YAG激光光源和光纖激光光源的自動(dòng)、半自動(dòng)的在線、離線激光清洗設(shè)備，專業(yè)用于固定翼、旋翼飛行器表面的脫漆應(yīng)用。不同的激光器產(chǎn)生不同波長的激光輸出，為細(xì)分的各種脫漆應(yīng)用提供了選擇合適激光光源的可能。

下面介紹幾種國外飛機(jī)激光脫漆設(shè)備。

1、 RLCRS(Robotic laser coating removal system)

此設(shè)備為Concurrent Technologies公司為客戶定制的離線激光脫漆產(chǎn)品，與傳統(tǒng)脫漆工藝相比，使用該設(shè)備減少了脫漆時(shí)間，脫漆不使用干冰和砂粒，激光脫漆區(qū)域精確可控，減少了涂裝油漆的使用量，減少了固體廢棄物數(shù)量和污水排放量，當(dāng)年節(jié)省環(huán)保費(fèi)用39萬美元，不到一年即可收回投資。

2、 ARBSS(Automated Rotor Blade Stripping System)

該設(shè)備是Lasertronics公司為用戶定制的專業(yè)清洗飛機(jī)旋翼(金屬、碳纖維復(fù)合材料)的離線清洗設(shè)備。安裝在導(dǎo)軌上的激光清洗頭工作區(qū)域可達(dá)50m，采用了Nd:YAG激光光源，能量通過光纖傳輸，柔性化好。該設(shè)備帶有圖像檢測單元，可評(píng)估工作表面顏色，確定清洗效果。該設(shè)備可對(duì)飛機(jī)上的邊角部位、縫隙進(jìn)行清洗。主要清洗對(duì)象為H-53，魚鷹V-22，H-60黑鷹，阿帕奇等。

3、 LCR(laser coating removal robot)

該系統(tǒng)為LR SYSTEMS定制的在線激光清洗設(shè)備。為覆蓋大型飛機(jī)機(jī)身的清洗，該脫漆機(jī)器人高15.85m，臂展25.9m，重45.4噸，導(dǎo)光臂有效精確傳輸距離最大可達(dá)30m。采用了20kw功率輸出的CO2激光器，可以滿足所有顏色漆層和涂料的清洗需要，可以選擇性去除機(jī)體面漆。除漆系統(tǒng)配備了機(jī)體表面輪廓跟蹤儀以保證激光清洗頭始終貼合機(jī)體表面恒距清洗。此外還采用了顏色傳感器和近紅外光譜成像等手段檢測油漆去除效果。激光清洗下來的固體廢棄物由真空抽吸系統(tǒng)收集。該清洗系統(tǒng)既可用于金屬基地材料的表面脫漆，也適用于復(fù)合結(jié)構(gòu)材料的表面脫漆。

為適應(yīng)不同尺寸飛機(jī)的清洗要求，該系統(tǒng)共有四種尺寸規(guī)格，滿足從小型飛機(jī)(戰(zhàn)斗機(jī)、直升機(jī))到大飛機(jī)(A380)的表面油漆剝離需求。

4、 RACRS(Robotic Automated Coatings Removal System)

該系統(tǒng)是Lasertronics公司將離線清洗設(shè)備ARBSS(清洗旋翼)應(yīng)用于在線清洗而派生出的機(jī)型。RACRS主要用于清洗飛機(jī)機(jī)身。采用的也是Nd:YAG激光器，激光能量可通過光纖傳輸，柔性化好。清洗頭工作區(qū)域半徑可達(dá)50m，可對(duì)飛機(jī)上的邊角、縫隙(如機(jī)翼油箱內(nèi)部)進(jìn)行清洗。主要清洗對(duì)象：魚鷹V-22機(jī)身及其他機(jī)身

5、 ARLCRSs(Advanced Robotic Laser Coating Removal Systems)

與RLCRS 一樣，ARLCRSs 是Concurrent Technologies的又一款定制產(chǎn)品。主要用于為商業(yè)航空公司和航空航天工業(yè)提供除漆服務(wù)。該系統(tǒng)包含6個(gè)機(jī)器人，2個(gè)用于F-16除漆，4個(gè)用于C-130除漆。整個(gè)系統(tǒng)采用了光纖激光器作為除漆光源。整個(gè)系統(tǒng)半自動(dòng)工作，以適應(yīng)不同機(jī)型的清洗要求。在清洗效率方面，與傳統(tǒng)清洗方法相比，F(xiàn)-16除漆時(shí)間可從7天縮短到3天，C-130除漆時(shí)間從10天減至5天。該系統(tǒng)適用于金屬或復(fù)合結(jié)構(gòu)材料的除漆清洗，清洗下的固體廢棄物由真空抽吸系統(tǒng)收集處理。當(dāng)時(shí)的設(shè)備成本為500～700萬美元。

近年來，國內(nèi)一些航空專業(yè)研究所和大學(xué)也開展了一些飛機(jī)激光脫漆方面的研究。從激光清洗技術(shù)應(yīng)用來看，對(duì)航空部件進(jìn)行焊接、粘接前預(yù)處理，焊接后處理，飛機(jī)維保除污除油去脂等方面的應(yīng)用相對(duì)成熟些。對(duì)機(jī)體功能涂層的去除試驗(yàn)及效果分析也在不斷進(jìn)行中。由于航空工業(yè)的特殊性，一項(xiàng)工藝要應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際除了要有技術(shù)上的可靠支撐、嚴(yán)苛的惡劣氣象環(huán)境試驗(yàn)外，還必須通過嚴(yán)格的審批流程，經(jīng)歷從點(diǎn)到面的逐步實(shí)施過程。

南京集萃激光智能制造有限公司(www.jicuilaser.com)專注于激光加工技術(shù)和智能制造技術(shù)在生產(chǎn)環(huán)節(jié)的結(jié)合應(yīng)用，以激光智能制造技術(shù)解決生產(chǎn)制造過程中的實(shí)際問題;致力于提升用戶產(chǎn)品品質(zhì)、提高生產(chǎn)效率、降低制造成本、促進(jìn)環(huán)境保護(hù)、實(shí)現(xiàn)綠色制造。

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作者：楊和逸

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