在工業(ye) 粉末塗料的固化過程中，“幹等著油漆晾幹”的情況已經不複存在，因為(wei) 人們(men) 可以采用一種高速固化的替代方法——激光。

長期以來，激光被用作精密金屬切割和焊接的首選工業(ye) 工具。在粉末噴塗作業(ye) 中，激光展現了相似的效率提升優(you) 勢，即激光固化速度快、控製精確，固化效率非凡，從(cong) 而降低能耗。大約970 nm的紅外激光器是完成粉末塗層固化的理想選擇，同時它也是半導體(ti) 激光器，因為(wei) 它們(men) 的單位功率成本最低，同時電能轉換效率最高。其紅外輻射能穿透塗層表麵以下數微米，在很多方麵優(you) 於(yu) 對流爐。

首先，體(ti) 積加熱將能量迅速傳(chuan) 遞到粉末塗層中，原理等同於(yu) 微波爐由內(nei) 向外烹飪以加速食物製備。其次，加熱底層基材時，能量浪費極少。若是將塗料噴塗到聚合物或木材等對溫度敏感材料上，這一點至關(guan) 重要。第三，激光方向高度可控，可以保證隻照射噴塗區域。最後，由於(yu) 大部分輸入熱量仍留在塗層中，部件通常隻需幾秒鍾而不是幾分鍾即可冷卻。通過紅外攝像機觀察到，塗層在激光器開啟後不到10 s就發生膠凝，45 s後完全固化，如圖1所示。

圖1 紅外攝像機觀察到的激光固化塗層

按需加熱

激光固化能降低運營成本，減少對環境的影響。激光加熱器僅(jin) 在加工零件時消耗能量；批次之間沒有空轉，因為(wei) 激光器能夠在毫秒內(nei) 以全強度開啟，同時又能像燈開關(guan) 一樣立即關(guan) 閉。不存在因加熱烘箱壁、外殼內(nei) 空氣或者工廠地板而浪費能量的情況。激光束向外擴展而非聚焦，因此對眼睛的安全要求沒有激光切割和焊接那麽(me) 嚴(yan) 格。

通常，高速激光固化工藝所需的工廠占地麵積更小，體(ti) 現在烘箱長度更短，或者脫機固化和冷卻區域減少或取消。 通過激光固化的粉末塗層部件通過了交叉影線、耐溶劑和耐衝(chong) 擊等ASTM標準試驗，試驗結果優(you) 異。從(cong) 業(ye) 人員發現，激光固化粉末塗層與(yu) 經常規對流烘箱或紅外燈工藝固化的粉末塗層沒有區別。這並不奇怪，因為(wei) 激光加熱器產(chan) 生相當的波長，所以固化機製與(yu) 紅外輻射燈工藝類似。 

雖然紅外輻射燈和激光器具有相同的積極屬性，如高速紅外光固化和快速開啟，但是激光器還具備操作成本優(you) 勢。激光輻射方向高度可控，確保90％的光能夠助力粉末塗層固化。此外，紅外燈一經啟用就開始退化，在全天候利用率下，1~2年後即需更換，而半導體(ti) 激光器的使用壽命非常長。

注重過程控製

激光固化的優(you) 點還包括優(you) 越的過程控製和終點檢測。室溫激光器外殼支持計量功能，有助於(yu) 精確控製固化溫度和周期時間。常規烘箱中或紅外燈發射期間並非不能啟用紅外溫度傳(chuan) 感器，但難度極大。

激光通過控製回路，在幾秒鍾內(nei) 使粉末塗層膠凝，且激光不會(hui) 照射超過標記的部位。過程數據可存檔，用於(yu) 質量控製。可以根據需要存儲(chu) 和修改作業(ye) 文件。操作員可通過可見光攝像機觀察完全固化部件的光潔度。無需像傳(chuan) 統固化方法那樣為(wei) 了良好的測量結果，還要進行額外的加熱和處理。

對於(yu) 表麵平坦的部件，激光是其高產(chan) 量加工的理想選擇。輕型投影頭可以安裝在機械臂上，也可以安在龍門架上，可擺動。通常塗覆的部件在固定激光頭下方通過。激光高速固化可消除固化瓶頸，實現連續流動部件生產(chan) 。激光向外投射，而非聚焦，因此固化質量不受部件拓撲結構的影響。

激光固化也可以在無法直接目視目標的情況下進行。實驗室裏用於(yu) 粉末塗層固化工藝的激光加熱器（來自IPG）見圖2，其頂部激光照射首先加熱上表麵，通過光亮飾麵可以明顯發現這一點。最終，整個(ge) 部件達到固化溫度，使無法目視的區域完全固化。背麵區域的固化通過純加熱進行，類似於(yu) 對流烘箱工藝，但由於(yu) 激光的直接加熱性質，所需的時間更短。

圖2 IPG實驗室用於(yu) 粉末塗層固化工藝的激光加熱器

激光頭位於(yu) 外殼中，因為(wei) 沒有熱量需要控製，外殼一般敞開。投影頭的特寫(xie) 鏡頭展示了正後方的紅外測量攝影機（見圖2中小圖）。樣品放置在不鏽鋼底板上，其中水冷鋼底板上130 cm×30 cm的表麵受到均勻照射，見圖3。

圖3 激光固化樣品放置示意

激光固化與(yu) 傳(chuan) 統固化的比較

固化中的管道配件如圖4所示。

圖4 固化中的管道配件

激光固化與(yu) 傳(chuan) 統固化的比較見表1所列。

表1  激光固化與(yu) 傳(chuan) 統固化的比較

激光固化所需的前期資本投資並非適用於(yu) 所有粉末噴塗廠家。在以前，激光加熱器的投資可能比類似的燃氣箱式烘箱高4倍，或者說是安裝紅外燈的2倍。以產(chan) 量為(wei) 重的廠家采用激光固化，因產(chan) 能提升、運營費用降低和工廠占地麵積減少而獲益，因此能夠快速收回成本。上麵總結了激光器、紅外燈和燃氣對流烘箱固化之間的比較。

對產(chan) 量要求低一些的粉末噴塗廠家可能會(hui) 放棄嚐試激光，就像較小的車間傾(qing) 向於(yu) 慢慢采用現在無處不在的激光切割和激光焊接工藝。激光已經從(cong) 詹姆斯·邦德的電影走出，慢慢走進車間，用於(yu) 切割、焊接和清潔，現在還用作一種令人歎服的固化工藝。采用激光固化的大型粉末塗覆廠家可以期望更高的生產(chan) 效率和產(chan) 量，受益於(yu) 嚴(yan) 格的過程控製，騰出寶貴的車間空間，同時還降低能耗。