今年四月，阿克蘇諾貝爾（AkzoNobel）宣布與IPG Photonics建立了開(kāi)創(chuàng)性的合作伙伴關(guān)系，專注于將激光技術(shù)應(yīng)用于固化粉末涂料。這一突破性的過(guò)程包括使用IPG的激光固化解決方案校準(zhǔn)公司的Interpon粉末涂料配方，以獲得最佳效果。這將提供一個(gè)更快\更節(jié)能的替代傳統(tǒng)的固化方法。兩家公司簽署了一項(xiàng)合作協(xié)議，專門為EMEA（歐洲、中東和非洲）地區(qū)的客戶提供服務(wù)。

該過(guò)程包括激光在“冷爐”中選擇性地加熱所應(yīng)用的粉末涂層。這意味著沒(méi)有熱量泄漏到工廠車間，也沒(méi)有能源浪費(fèi)在加熱大氣或固化外殼上。高強(qiáng)度激光加熱也使固化時(shí)間縮短到幾分鐘，而目前使用傳統(tǒng)固化方法需要15到20分鐘。IPG光子學(xué)工藝還使固化在不到傳統(tǒng)烤箱所需空間的一半的空間內(nèi)進(jìn)行。

鑒于阿克蘇諾貝爾在涂料行業(yè)的領(lǐng)先地位，此次和IPG的合作協(xié)議定將粉末涂料激光固化推上了更廣闊的市場(chǎng)舞臺(tái)。它適用于溫度敏感基板，消除了典型生產(chǎn)線中明顯的長(zhǎng)時(shí)間冷卻等待時(shí)間。在大批量生產(chǎn)環(huán)境中，客戶可以實(shí)現(xiàn)投資和運(yùn)營(yíng)成本降低50%以上，同時(shí)大幅減少碳足跡和能源消耗。

粉末涂料激光固化之路

粉末涂料在對(duì)流烘箱中固化，其固化時(shí)間可定義為 “峰值金屬溫度，即基材達(dá)到的最高溫度”。因此，如果涂層涂覆在熱質(zhì)量較大的物體上，則需要更長(zhǎng)的時(shí)間才能達(dá)到建議的固化溫度。粉末涂料通常在130°C-180°C之間發(fā)生交聯(lián)，并且通常需要在烘箱中停留約10-20分鐘。較長(zhǎng)的固化時(shí)間要求使用“5米或更長(zhǎng)”的烘箱，以維持合理的生產(chǎn)量。出于這些原因以及其他原因，激光固化代表著降低工業(yè)環(huán)境中固化涂層所需能量的一個(gè)機(jī)會(huì)。

Abhinandin 等人于1999年首次對(duì)激光固化進(jìn)行了詳細(xì)研究，報(bào)告稱“盡管各種粉末涂料的配方取得了重大進(jìn)展，但在開(kāi)發(fā)新型固化技術(shù)方面似乎缺乏相應(yīng)的努力。” 利用當(dāng)時(shí)可用的二氧化碳?xì)怏w激光器，作者們?cè)诓坏揭环昼姷臅r(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)級(jí)固化。氣體激光器僅能將約10%的電能轉(zhuǎn)化為光能，難以在大面積表面上均勻投射。近紅外二極管激光器的出現(xiàn)，能夠在米級(jí)表面均勻地輸送數(shù)十千瓦的功率，功率轉(zhuǎn)換效率超過(guò)50%，這使粉末涂料的激光固化成為熱點(diǎn)。

在2010年的一項(xiàng)研究中，研究人員使用一臺(tái)散焦（光斑尺寸為1.8毫米）、1.5千瓦、940納米的二極管激光器對(duì)PPG工業(yè)公司的環(huán)氧-聚酯混合樹(shù)脂進(jìn)行局部固化。盡管“實(shí)驗(yàn)裝置產(chǎn)生的涂層區(qū)域?qū)挾确浅Ｕ?，不適合實(shí)際應(yīng)用”，但也得出結(jié)論：“局部激光固化可以帶來(lái)多種潛在的成本效益，包括縮短工藝時(shí)間和降低能耗。”

粉末涂層試樣激光固化的可見(jiàn)光（上）和FLIR（下）圖像。FLIR熱像儀捕捉到粉末轉(zhuǎn)變成連續(xù)涂層的過(guò)程，該過(guò)程在幾秒鐘內(nèi)發(fā)生，但速率會(huì)根據(jù)粉末配方的厚度和光學(xué)特性而有所不同。

前些年，美國(guó)能源部向研究人員提供了120萬(wàn)美元的資助，用于尋找在較低溫度下固化粉末涂料的方法。密歇根州勞倫斯理工大學(xué)及其合作伙伴 IPG Photonics、PPG和惠而浦公司“旨在驗(yàn)證并全面試行一種用于工業(yè)涂料應(yīng)用的低能耗、基于激光的粉末涂料固化技術(shù)，以取代現(xiàn)有的低效天然氣固化爐。” 該研究團(tuán)隊(duì)“將推進(jìn)基于激光的固化技術(shù)，用于粉末涂料系統(tǒng)等低溫涂層系統(tǒng)（<250°C）以及針對(duì)搪瓷和其他特種涂層應(yīng)用的高溫系統(tǒng)（>400°C）。”

激光固化的工作原理和優(yōu)勢(shì)

現(xiàn)如今，IPG Photonics 已生產(chǎn)出利用激光加熱固化粉末涂料的設(shè)備。據(jù)該公司介紹，激光固化最快可在一分鐘內(nèi)完成，將固化時(shí)間縮短了十分之一。該系統(tǒng)的能源效率提高了 55%，并且長(zhǎng)達(dá)七年無(wú)需維護(hù)。

激光固化技術(shù)采用近紅外激光器，首先使靜電噴涂在零件表面的粉末涂料顆粒快速凝膠化，隨后完成最終固化。熔化的顆粒在交聯(lián)過(guò)程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成通常比油漆更厚、更硬、更耐用的涂層。激光固化粉末涂料可實(shí)現(xiàn)各種常見(jiàn)的粉末涂料表面效果，包括光滑、精細(xì)和粗糙的紋理、河紋、皺紋以及混合和粘合金屬效果。

傳統(tǒng)上，粉末涂料是在利用對(duì)流加熱或紅外燈的工業(yè)烤箱中固化的。激光工藝在兩個(gè)主要方面與這些傳統(tǒng)方法有很大不同。首先，激光固化只選擇性地加熱照明區(qū)域，而不是對(duì)整個(gè)部件和烤箱環(huán)境進(jìn)行大面積加熱。這大大提高了能效。其次，加熱過(guò)程本身效率更高，大大縮短了所需的固化時(shí)間。對(duì)于工業(yè)粉末涂料操作而言，這極大地提高了工藝吞吐量。

激光固化是一項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)，它克服了舊方法的局限性，能以更快的速度和更低的成本提供高質(zhì)量的效果。激光固化粉末涂料的主要優(yōu)勢(shì)包括

快速：近紅外二極管激光器可提供快速的局部加熱，只需幾分鐘即可固化粉末涂料。涂層凝固后，底層材料迅速冷卻。相比之下，傳統(tǒng)烤箱需要數(shù)十分鐘才能均勻加熱整個(gè)部件，固化粉末涂層，然后再冷卻下來(lái)。

能量效率：激光二極管光源具有很高的電氣效率，幾乎所有能量都能直接進(jìn)入目標(biāo)區(qū)域。激光可選擇性地對(duì)粉末進(jìn)行高效加熱，從而減少了加熱工件時(shí)的能源消耗，并且?guī)缀醪粫?huì)對(duì)烤箱環(huán)境造成能源消耗。

無(wú)廢熱： 激光固化系統(tǒng)是一種 "冷 "烤箱，幾乎不會(huì)向周圍空間散發(fā)廢熱，從而降低了對(duì)設(shè)備溫度控制系統(tǒng)的要求。

熱應(yīng)力最?。?/strong>激光粉末涂層固化適用于塑料和木材等熱敏材料，以及具有薄金屬特征的精密部件。