اولین فیلترتصفیه میکروپلاستیک سوراخکاری شده با لیزر در یک تصفیه خانه فاضلاب آزمایش شد

1 آوریل 2022  -توسط Fraunhofer-Gesellschaft

59 میلیون سوراخ در اولین فیلتر حفاری لیزری برای تصفیه میکروپلاستیک از فاضلاب شهری. اعتبار: Fraunhofer ILT، آخن

تا به حال، تصفیه خانه های فاضلاب قادر به فیلتر کردن میکروپلاستیک های ریز در فاضلاب نبوده اند، اما این امر به زودی می تواند تغییر کند: اولین فیلتر میکروپلاستیک حفاری شده با لیزر در یک تصفیه خانه فاضلاب در حال آزمایش است. این شامل ورقه هایی با سوراخ های بسیار کوچک به قطر فقط 10 میکرومتر است. فناوری کارآمد میلیون‌ها چنین سوراخی در مؤسسه Fraunhofer برای فناوری لیزر ILT توسعه داده شد و اکنون مهندسان این مؤسسه در حال افزایش فناوری لیزر پالس فوق‌العاده کوتاه (USP) در محدوده کیلووات هستند.

امروزه، پایداری یک گزینه نیست، بلکه بسیار بیشتر یک الزام است، صرف نظر از اینکه چه فناوری در حال توسعه است. بر این اساس، صنعت لیزر به طور فزاینده ای از فناوری USP برای بهبود پایداری در بسیاری از پروژه ها استفاده می کند. لیزرها در حال حاضر برای افزایش کارایی فناوری هیدروژن و تولید محفظه های کاملاً محکم باتری در کاربردهای خودرو برقی استفاده می شوند.

در پروژه SimConDrill با بودجه BMBF، Fraunhofer ILT با شرکای صنعتی به نیروها پیوسته تا فیلتری بسازد که – برای اولین بار – می تواند میکروپلاستیک ها را از فاضلاب حذف کند. Andrea Lanfermann، مدیر پروژه در Fraunhofer ILT توضیح می‌دهد: «در اصل، چالش ما این بود که تا آنجا که ممکن است، سوراخ‌های کوچکی را در یک فویل فولادی در کوتاه‌ترین زمان ممکن حفر کنیم.

این امر محقق شده است. پس از توسعه فرآیند در Fraunhofer ILT، کارشناسان LaserJob GmbH 59 میلیون سوراخ با قطر 10 میکرومتر را در یک صفحه فیلتر حفر کردند و بدین ترتیب یک نمونه اولیه فیلتر ایجاد کردند. محققان Fraunhofer همچنین با سه شرکت دیگر در این پروژه جاه طلبانه همکاری می کنند. علاوه بر هماهنگ کننده پروژه KLASS Filter GmbH، LUNOVU GmbH و OptiY GmbH نیز درگیر هستند.

در همین حال، فویل های فلزی سوراخ شده با لیزر در فیلتر سیکلون ثبت شده KLASS Filter GmbH نصب شده و تحت آزمایش های گسترده قرار گرفته اند. در اولین آزمایش، پودر ریز پرینترهای سه بعدی از آب آلوده فیلتر شد. این راه اندازی اکنون تحت شرایط واقعی در یک تصفیه خانه فاضلاب آزمایش می شود.

سوراخکاری میلیون‌ها سوراخ یکی پس از دیگری زمان می‌برد، اما می‌توان با فرآیند چند پرتوی، که در آن ماتریسی از پرتوهای یکسان از یک پرتو لیزر از طریق یک سیستم نوری خاص تولید می‌شود، سریع‌تر انجام شود. Fraunhofer ILT از این فرآیند با لیزر پالس اولتراکوتاه (TruMicro 5280 Femto Edition) برای حفر سوراخ‌ها به طور همزمان با 144 پرتو استفاده کرد. اساس چنین کاربردهایی دانش فرآیند دقیق است که طی دهه ها در Fraunhofer ILT جمع آوری شده و در مدل ها و نرم افزارهای مربوطه پیاده سازی شده است. به لطف این تخصص، پارامترها را می توان در رایانه تغییر داد و پارامترهای فرآیند بهینه را به سرعت یافت. استحکام فرآیند را نیز می توان قبل از آزمایش برنامه مورد تجزیه و تحلیل قرار داد.

به موازات این برنامه ، کنسرسیومی متشکل از شش شریک در حال کار بر روی چگونگی ادغام یک سیستم پردازش چند پرتوی به یک ماشین صنعتی هستند. در پروژه Multiflex اتحادیه اروپا، محققان همراه با صنعت در حال افزایش بهره وری از پردازش مواد لیزری مبتنی بر اسکنر با استفاده از فرآیندهای چند پرتو هستند. ویژگی خاص این پروژه این است که کلیه تیرهای جزئی را می توان به صورت مجزا کنترل کرد و در نتیجه از آن برای تولید هر نوع سازه سطحی استفاده کرد. هدف شرکای پروژه افزایش سرعت فرآیند بین 20 تا 50 درصد است، بنابراین کل فرآیند به طور قابل توجهی مقرون به صرفه تر می شود.

دانش فرآیند همچنین یک عامل حیاتی در مقیاس‌پذیری بیشتر پردازش مواد با پالس‌های لیزری فوق‌کوتاه با یا بدون نور چند پرتو است. هنگامی که توان به محدوده کیلووات افزایش می یابد، آسیب حرارتی به قطعه کار می تواند رخ دهد. چنین اثراتی از طریق شبیه‌سازی‌های پیچیده بررسی می‌شوند و فرآیندها را می‌توان بر این اساس تطبیق داد.