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節能環保雷射應用 製造業的綠色解決方案

節能環保雷射應用 製造業的綠色解決方案

隨著環保趨勢推進,對於加工製造的能源消耗、碳足跡以及廢棄物處理的要求逐漸提升,綠能生產也為工業4.0必須正視的課題之一,國際大廠牌也紛紛要求產品及製造商要做到碳中和的目標,對於供應這些國際大廠的台灣企業而言是一大衝擊。在節能環保的全球潮流下,製造業者進行智慧化、自動化的產業升級時,也必須考慮未來面臨客戶對產品碳足跡的要求。
      「雷射革新,智造所驅」,雷射的多元應用和發展,以及客製化、環保意識的需求,雷射加工被公認是未來製造系統的共同手段,已成為主流製造技術之一,在自動化智造的浪潮下佔有一席之地。工業製造要走出環保節能的綠色大道,雷射技術將是關鍵的一環。正因為雷射的能量集中、精準、低入熱等特色,加上雷射的設備持續精進,雷射加工能做到降低能源消耗以及減少廢棄物料產生的目標。
 

減少能源消耗

目前市場主流的雷射種類是光纖雷射,有較高的電轉光效率30%,早期的YAG雷射只有3%CO2雷射10%。光纖雷射的運行成本也有所降低,相較於傳統YAGCO2雷射,光纖雷射更節能減碳,發光系統直接與導光的光纖接合,開機即可使用,同時光纖雷射本身有良好的散熱性能,低功率的雷射只需要空冷,因此光纖雷射具有穩定性高、無需調整等優點,同時沒有耗材需要更換,減少廢棄物產生。隨著技術的精進,光纖雷射設備的價格逐年下降,輸出的功率已經達到萬瓦(10kW)等級,高能量的雷射加快製造速度,也減少額外的能源消耗。
由於雷射的高能量密度、低入熱、精準定位的特性,雷射加工逐步替代多種傳統加工方式,同時又降低能源消耗。例如傳統的熱處理製程需要長時間的加熱持溫,通常一次處理要做到數小時甚至一天,若進行滲碳氮化還需要通入氣體,能源使用以及碳排放量非常可觀;改以雷射進行熱處理,加工時間可以大幅縮短,一小時內甚至數分鐘就能完成,而且不用額外氣體或冷卻液,是非常節能的綠色製程。另外像是雷射熔覆可以修復加工器具的受損表面,將物件回復到原有的工作效能,也減少更換物件的成本;


 




減少廢棄物料

雷射快速且精密的加工,在工業生產中可以替代傳統的製造方法,節省原料以及廢棄物處理成本。
雷射打標正是環保無廢棄物的加工技術之一。傳統標籤貼紙需要以紙張、油墨、黏膠製作,小小一張標籤垃圾積少成多也能對環境造成影響。雷射打標的技術不需要這些紙張、油墨等原料,直接在物品上標示資料或圖案,而且打標結果不需要擔心會脫落或抹除。瑞典的超市業者ICA2016年開始使用雷射打標直接在蔬果產品標示商品資料,一年可節省大約217公里長、2042公斤的塑膠膜包材,根據eosta.com的報導,雷射打標的碳排放量,低於製作相同大小標籤的1%,若對單一蔬果以雷射打標取代標籤黏貼,所減少的CO2排放量約一台汽車繞地球1.3圈的排放量(4700公斤CO2)BBC的相關報導中也提到,英國的 M&S連鎖超市以雷射打標取代蔬果標籤,一年節省約10噸紙張和5噸黏膠用量;以雷射做食品圖案打標,可省去印刷開模等原料費用,能自由設定圖案樣式,又不需要擔心食用色素的風險。另外,工業產品以雷射打標也能減少製造時的邊料或浪費,在aero-mag.com的報導中,製造電纜線時有大約1公尺長的邊料損失,若改應用雷射打標進行標示,損耗的邊料可減少至412公分。

雷射切割與雷射清潔也是綠色加工技術的一環。傳統的砂輪或水刀切割,由
於切割區域有一定的厚度,通常會削去部分體積的物件成為碎屑,砂輪片磨損也會成為切屑混合物;使用雷射切割可大幅減少切屑產生,在optics.org的報導案例中,以雷射切割鋼板,重量損失可減少95%,大幅減少切割冷卻液中需要過濾的汙染物,這對於處理核電廠汰換物件的處理是一大貢獻。同樣的,雷射清潔不需要砂輪、鋼刷以及清潔溶劑,不會有砂輪碎屑飛濺,也不用擔心清潔溶劑毒害環境,又能保持物件表面的平整度不用擔心刮痕或變形。


智慧製造綠色生產已是全球製造產業面臨的課題,雷射的多元應用和發展,在自動化智造的浪潮下佔有一席之地,而客製化、環保意識的需求,更將雷射技術推向主流技術的一環。正鉑雷射致力於工業雷射與大氣電漿相關應用開發,結合雷射精密加工與智能控制技術,突破傳統產業的製造生產方式,提供製造業者創新的雷射應用解決方案。在面對各項環保、綠能的要求及法規,無論是傳統產業或科技產業,正鉑的雷射解決方案都能協助企業達到減碳、減塑的目標,實現「雷射革新,智造所驅」。


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