首个激光钻孔微塑料过滤器在污水处理厂测试

长三角G60激光联盟导读

据悉，有效钻取数百万个此类孔的技术是由弗劳恩霍夫激光技术研究所（ILT）开发的，现在该研究所的工程师正在将超短脉冲（USP）激光技术扩展到千瓦级。

第一台激光钻孔过滤器的过滤板上有5900万个孔，用于从城市废水中过滤微塑料。来源：Fraunhofer ILT, Aachen

到目前为止，废水处理厂还不能充分过滤掉废水中的微小微塑料，但这种情况可能很快就会改变：第一台激光钻孔微塑料过滤器正在废水处理厂进行测试。它包含具有直径仅为10微米的极小孔的板材。有效钻取数百万个此类孔的技术是由弗劳恩霍夫激光技术研究所（ILT）开发的，现在该研究所的工程师正在将超短脉冲（USP）激光技术扩展到千瓦级。

无论开发哪种技术，可持续性都是一种义务。在激光行业，越来越多地使用USP技术来提高许多项目的可持续性。激光已经被用来提高氢技术的效率，并在电动汽车应用中产生绝对紧凑的电池外壳。

在BMBF资助的SimConDrill项目中，Fraunhofer ILT与工业合作伙伴联合建造了一个过滤器，该过滤器首次可以去除废水中的微塑料。Fraunhofer ILT项目经理Andrea Lanfermann解释道：“我们面临的核心挑战是在尽可能短的时间内在铝箔上钻尽可能多、尽可能小的孔。”

污水处理厂移动式过滤装置

在微塑料过滤器中，带有微孔的薄膜固定在较粗的网格上，以便在水压下不会撕裂。来源：Fraunhofer ILT, Aachen

在Fraunhofer ILT开发出该工艺后，LaserJob GmbH的专家在过滤器板上钻了5900万个直径为10微米的孔，从而创建了过滤器原型。弗劳恩霍夫研究人员还与其他三家公司合作进行这一雄心勃勃的项目。除项目协调员KLASS Filter GmbH外，LUNOVU GmbH和OptiY GmbH也参与其中。

同时，激光钻孔金属箔已安装在KLASS Filter GmbH的专利旋风过滤器中，并经过广泛测试。在第一次测试中，从污染的水中过滤出3D打印机的细粉末。该装置目前正在废水处理厂的实际条件下进行测试。

激光束定位在两个待焊接板材边缘之间的接缝处，同时在其前面插入填充金属。该工艺可获得高质量的焊缝。来源：Fraunhofer-Gesellschaft

工艺知识是关键

一个接一个地钻孔数百万个孔需要时间，但使用多波束工艺可以更快地完成，其中通过特殊的光学系统从激光束中产生相同光束的矩阵。Fraunhofer ILT将这一工艺与超短脉冲激光器（TruMicro 5280 Femto Edition）结合使用，用144束激光同时钻孔。此类应用程序的基础是详细的过程知识，这些知识已在弗劳恩霍夫ILT收集了数十年，并在相应的模型和软件中实现。由于这种专业知识，可以在计算机上更改参数，并快速找到最佳工艺参数。在测试应用之前，还可以分析该过程的稳健性。

在欧盟的Multiflex项目中，研究人员和业界正在提高使用多光束工艺进行基于扫描仪的激光材料加工的生产率。该项目的特点是，所有部分梁都可以单独控制，因此可用于生产任何类型的表面结构。项目合作伙伴的目标是将该过程的速度提高20到50倍，从而使整个过程更具成本效益。

Fraunhofer IWS的研究人员使用由S355J2结构钢（4×0.75×0.5米）制成的室内起重机段来证明，与传统焊接工艺相比，他们开发的激光MPNG焊接工艺可将能源成本降低多达80%，填充材料消耗降低85%。图片来源：Fraunhofer-Gesellschaft

CAPS：扩展到kW范围

工艺知识也是进一步扩大超短激光脉冲（带或不带多光束光学系统）材料加工规模的关键因素。当功率增加到千瓦时，工件可能会发生热损坏。通过复杂的模拟探索这些影响，并相应地调整过程。

来源：techxplore.com/news/2022-04-laser-drilled-microplastic-filter-wastewater-treatment.html