研究团队用激光钻孔造微塑料过滤器，实现高效污水处理

污水处理是个繁复耗时的过程，而且目前为止大多数污水处理厂还不能充分过滤出废水中的微塑料。不过，借助激光钻孔微塑料过滤器，这个棘手的局面很可能得以扭转。

在德国联邦教育和研究部(BMBF)资助的“SimConDrill”项目中，弗劳恩霍夫激光技术研究所(Fraunhofer Institute for Laser technology ILT)开发出了首台激光钻孔微塑料过滤器，该机器正在一家污水处理厂进行相关测试，并将在不久之后举办的慕尼黑激光世界光子技术博览会上展出。

（图片来源：Fraunhofer ILT）

据悉，这台激光钻孔微塑料过滤器采用高功率皮秒和飞秒激光源开发了一个平台，能够在0.2毫米厚的金属箔薄片上钻出直径为10微米的孔隙，从而实现高效的清洁过滤。

弗劳恩霍夫激光技术研究所开发了能够高效钻出数百万个这样的孔的技术，现在该研究所的工程师们正在将超短脉冲(USP)激光技术扩大到kW范围，其挑战是在尽可能短的时间内在钢薄片上钻尽可能多、尽可能小的孔。

在微塑料过滤器中，带有微孔的薄膜被固定在一个较粗的网格上，这样它们就不会在水压下撕裂。（图片来源：Fraunhofer ILT）

在弗劳恩霍夫ILT开发出该工艺后，来自LaserJob的专家们在一张过滤片上钻了5900万个直径为10微米的孔，从而创造出了一个过滤器原型。

与此同时，激光钻孔金属箔已经安装在KLASS过滤器有限公司的专利旋风过滤器中，并经受了广泛的测试。在第一个测试中，他们从被污染的水中过滤出了3D打印机的细粉。该装置目前正在污水处理厂的实际条件下进行测试。

一个接一个地钻数以百万计的孔，想想就耗时费劲。不过，使用多光束过程，这种操作完全可以更快地完成。多光束过程中，操作人员可以基于一种特殊的光学系统，从一束激光产生一组相同的光束。

他们使用通快的“TruMicro 5280 Femto Edition”超快激光器和弗劳恩霍夫ILT的多光束技术实现了这一点，这些技术可以同时使用144束激光打孔。基于其累积的专业知识，相关参数可以在计算机上变化，并快速找到最佳工艺参数。该工艺的鲁棒性也可以在应用测试之前进行分析。

与此同时，一个由六个合作伙伴组成的联盟正在研究如何将多波束处理系统最优化地集成到一台工业机器中。在欧盟的“Multiflex”项目中，研究人员与业界一道，正在利用多束工艺提高基于扫描仪的激光材料加工的生产率。这个项目的特殊之处在于，所有的光束都可以单独控制，因此它可以用来制作任何类型的表面结构。项目合作伙伴的目标是将流程的速度提高20-50倍，从而使整个流程的成本效益显著提高。

工艺知识也是一个关键因素，他们打算进一步扩大扩大材料加工的超短激光脉冲，有或没有多光束光学。当功率增加到千瓦范围时，工件就会发生热损伤。这些影响是通过复杂的模拟来探索的，过程可以相应的调整。

在弗劳恩霍夫ILT的应用实验室中，已经有了用于这类实验的激光系统。它们是弗劳恩霍夫先进光子源卓越集群（CAPS）的一部分。在该集群中，13个弗劳恩霍夫研究所联合开发激光光束源、工艺技术和USP激光功率高达20千瓦的应用。第二个CAPS实验室则在耶拿的弗劳恩霍夫IOF运行。

“SimConDrill”项目由水过滤专家Klass Filter协调，参与方包括了Fraunhofer ILT、Laser Job、激光系统供应商Lunovu和软件开发商OptiY。目前上述过滤器设备已经在污水处理厂安装测试装置，未来他们将进一步扩大工业用途的工艺。