德国汉诺威激光中心开发出新型船舶激光清洗工艺

对于船舶操作运维人员而言，船舶上的海洋污垢简直是一大头疼事。这些生物污垢增加了流动阻力，并且会因此增加整艘船的燃料消耗和污染气体排放。不过，一种蓝色激光有望在去除生物污垢的同时保护底层油漆层，这可能会使其成为船舶清洗行业的一个颇具潜力的应用场景。

德国汉诺威激光中心（LZH）宣布，他们正在与半导体激光束源制造商——Laserline以及弗劳恩霍夫生产技术与应用材料研究所(IFAM)合作开发一种基于激光的清洁工艺。他们的目标是在不破坏底层涂层的情况下，轻松有效地清除船舶周身的植被和生物“污垢”。

上图为现场测试激光处理过的样品。在Fraunhofer IFAM的浮动平台上，材料样品可以在真实条件下进行测试。(图片来源：Fraunhofer IFAM)

除船体外，其他海洋技术型表面——如海上风能、天然气和石油平台的基础结构、港口板桩、潮汐能电站或水产养殖网箱等也会受到生物污垢的影响。

激光轻松清除船舶“生物污垢”

在“使用水下激光辐射去除海洋表面污垢- FoulLas”研究项目中，上述3家项目合作伙伴的目标是使用激光辐射杀死并清除水下的植被和附生生物，这种方法在地面上既环保又安全。现有的涂料防污和防腐系统以及材料层本身不会受到破坏。

该团队正在开发一种灵活的激光清洗方法。在这种方法中，植物的细胞被破坏，理想情况下，水流会冲走剩余的物质。与机械清洗工艺相比，它有望更高效、更温和地清洗船舶，从而可以使船舶在航行过程中保持较低的流动阻力。汉诺威激光中心（LZH）表示，这将大大减少燃料消耗，最终减少排放。

为了进行实际调查，该试验在赫尔戈兰岛的南部港口进行，夫劳恩霍夫农业研究所在那里运营了一个生长试验台。在多年项目期间，季节性的影响也可以在真实的实验室中获得呈现。

Fraunhofer IFAM被认为是欧洲粘合剂粘接技术、表面、成型和功能材料最重要的研究机构之一，在不莱梅、德累斯顿、奥尔登堡、斯塔德、沃尔夫斯堡和布伦瑞格以及海利戈兰设立了海事技术测试中心。因此，它本身在开展这一领域相关研究方面具有优势。

Laserline的半导体激光束源用于材料加工领域的热过程，如焊接、钎焊、硬化、生成过程和涂层。除了二极管激光束光源外，Laserline还开发和销售定制加工光学器件。

激光清洗成为船舶翻新理想选择

事实上，除了清除生物污垢之外，用激光来进行船舶的翻新修复是更为常见的。海上大型船舶经过长时间的使用，容易出现老化、腐蚀等现象，因此往往需要进行腐蚀修复和新漆表面制备来翻新船体。而凭借其特有的优势，船舶激光剥离（清洗）成为了一种颇具价值的替代方法。

传统的船舶翻新方式是采用喷砂工艺进行加工，相对成熟，效率高，但其工艺存在缺陷，如在预处理时对毛糙程度超标。长期从事喷砂作业对工人身体损伤大，容易造成严重污染，对水、电、电和人工的消耗也很大。而相对于喷砂、化学清洗、抛光机等传统的清洗方法，激光清洗具有无损、控制准确、节能环保的许多优点，将取代传统工业领域的一些清洁方法。

腐蚀控制和表面涂层制备是军用船舶/民用船舶运营商面临的两项最昂贵的维护挑战。美国海军估计，每一美元的维护费用中，就有25美分要花在防腐蚀上；仅2017年一年，美国海军舰艇的腐蚀成本就达到了大约56亿美元。不断增长的运营速度，以及商业经济、人手减少、培训减少、船厂可用性缩短、码头/中间维护能力下降等因素，都在促使人们越来越需要新的、更好的维护方法。

全球激光清洗市场规模日益扩大

国外市场调研机构Industry Research的一份报告显示，2020年全球激光清洗市场规模为6.434亿美元，预计到2027年底将达到8.518亿美元，2021-2027年间复合年增长率为4.1%。

从不同地理区域市场来看，北美是最大市场，占比超过30%。全球激光清洗系统的主要制造商有通快、相干（Coherent）、大族激光、IPG Photonics、Adapt Laser Systems、CleanLaser、P-Laser、Laser Photonics、Suresh Indu Lasers (SIL)、SPI Laser、Anilox Roll、Laserax、LASCAM、 Allied Scientific Pro (ASP)、 Andritz Powerlase等。全球前5大制造商占据了激光清洗45%以上的市场份额。

目前，激光清洗可广泛应用于汽车船舶、航空航天、食品和饮料、电子产品、艺术及文物修复、发电等领域。具体来看，激光清洗方案具有以下优势：

- 激光清洗过程的物理原理，使其在去除车体/船体/机体和部件任何复杂细节的腐蚀方面具有前所未有的有效性。

- 激光能量吸收具有很高的选择性，可以在去除金属氧化物的同时保持原始金属基板的完整性。铁锈/氧化物要么被汽化，要么作为微粒被吸走。

- 可以选择性地去除多层涂料系统中的涂层。单次扫描的烧蚀深度可以控制在几微米以内，这个过程重复进行，直到达到所需的深度。

- 激光技术可以精确地清洁表面上的某些斑，使焦点光束斑的大小可以小到几十微米。

- 激光加工可以在去除腐蚀的同时产生表面粗糙度，为重新喷涂做好准备，而无需进一步的准备。