當(dāng)今的制造業(yè)發(fā)展迅猛，各種機(jī)械、電子產(chǎn)品的應(yīng)用規(guī)模均大為增長(zhǎng)。但這些設(shè)備在裝配之前以及運(yùn)行一段時(shí)間之后，都需要進(jìn)行一些維護(hù)，其中就包括對(duì)部分材料或部件進(jìn)行清洗。傳統(tǒng)的清洗工藝如機(jī)械摩擦清洗、化學(xué)腐蝕清洗、強(qiáng)力沖擊清洗、高頻超聲清洗等，非常耗時(shí)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，而且通常對(duì)環(huán)境造成有害影響。同時(shí)，也沒(méi)有測(cè)量清潔效果的可靠方法。與之相比，激光清洗具有無(wú)污染、無(wú)消耗品、成本低、效率高、無(wú)接觸、無(wú)應(yīng)力、無(wú)損傷、可控性好、可選區(qū)精密清洗、可清洗難以到達(dá)的危險(xiǎn)的區(qū)域等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是未來(lái)最可靠、最有效的解決清洗問(wèn)題的辦法。

作用機(jī)理

激光清洗是利用窄脈寬、高功率密度的激光作用于待清洗物表面，在快速光振動(dòng)、汽化、分解和等離子體剝離等機(jī)理的共同作用下，使污物脫離基底，實(shí)現(xiàn)表面清洗。目前，典型的激光清洗方法主要有三種：激光燒蝕清洗、液膜輔助激光清洗和激光沖擊波式清洗方法。在以上三種方法中，激光燒蝕清洗方法的操作條件簡(jiǎn)單，使用最為廣泛，選擇合適的激光器類型、采用優(yōu)化的工藝參數(shù)可去除各種涂層、油漆、顆?；蛭畚?。其余兩種方法雖然也具有各自的優(yōu)點(diǎn)，但目前應(yīng)用仍處于研究階段，沒(méi)有大規(guī)模推廣。

激光清洗原理圖

激光清洗機(jī)一般主要由激光器、光束傳輸整形單元、自動(dòng)控制操作系統(tǒng)、清洗質(zhì)量檢測(cè)保護(hù)單元、位移平臺(tái)等組成。

激光清洗機(jī)結(jié)構(gòu)圖

應(yīng)用領(lǐng)域

激光清洗技術(shù)研究起步于20世紀(jì)80年代中期，但直到20世紀(jì)90年代初期才真正步入工業(yè)生產(chǎn)中，在模具清洗、材料表面處理、大型裝備與精密機(jī)械等除漆除銹等方面得到良好的應(yīng)用。此外，歐洲國(guó)家普遍保留了大量的歷史文物和古老建筑，許多教堂、城堡、大學(xué)、博物館、雕塑等均有數(shù)百年甚至千年歷史，歐洲人十分注重這些“古董”的保護(hù)與修復(fù)，自1990年代中已經(jīng)開(kāi)始把激光清洗技術(shù)用于文物修復(fù)去污。

國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

國(guó)外激光清洗的去污范圍非常廣泛，從厚銹層到激光表面微細(xì)顆粒都可以去除，已有近30年的使用經(jīng)驗(yàn)，在去污中涉及激光清洗實(shí)驗(yàn)所使用的設(shè)備種類也比較多，所用激光器的波長(zhǎng)范圍廣。但激光清洗技術(shù)的發(fā)展不平衡，有些已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，有的還處于實(shí)驗(yàn)室階段。目前歐美國(guó)家的激光清洗市場(chǎng)表現(xiàn)穩(wěn)定，主要供應(yīng)商包括P－laser， CleanLaser， Adapt Laser Systems， General Lasertronics，IPG等。具體包括激光模具的清洗方面，已經(jīng)發(fā)展到1000 W激光手動(dòng)清洗機(jī)；電子線路清洗采用248 nm、3 W、20 ns的激光，已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化；采用248 nm、5 W的納秒紫外光清洗芯片，取得非超好的效果；在光掩膜領(lǐng)域，紫外激光已經(jīng)完全取代傳統(tǒng)化學(xué)清洗方法；在激光除銹、激光除污染物方面，已經(jīng)規(guī)?；瘧?yīng)用，而且實(shí)驗(yàn)先于理論。另外在半導(dǎo)體領(lǐng)域、磁頭和絕緣體領(lǐng)域已經(jīng)開(kāi)始實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

我國(guó)激光清洗技術(shù)的研究和設(shè)備的開(kāi)發(fā)起步晚，基本上是跟蹤國(guó)外的發(fā)展，雖然在較短時(shí)間內(nèi)取得了一些成果，但與國(guó)外相比還有較大差距。目前從事激光清洗的科研機(jī)構(gòu)包括中國(guó)工程物理研究院激光聚變中心、解放軍裝甲兵工程學(xué)院再制造中心、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、華中科技大學(xué)、南開(kāi)大學(xué)等。盡管近年學(xué)術(shù)界激光清洗的研究文章逐漸增多，清洗材料種類和應(yīng)用領(lǐng)域逐漸擴(kuò)大，但各領(lǐng)域研究發(fā)展不平衡，很多問(wèn)題尚未解決，例如在某些領(lǐng)域與噴砂清洗和化學(xué)清洗等傳統(tǒng)工藝相比，激光清洗的效率并無(wú)優(yōu)勢(shì)。

激光清洗在金屬表面除銹上的應(yīng)用

國(guó)內(nèi)從事激光清洗設(shè)備開(kāi)發(fā)的企業(yè)較多，但由于應(yīng)用較新，還需要一段時(shí)間來(lái)等待市場(chǎng)的成長(zhǎng)。大族激光智能裝備集團(tuán)、華工激光、銘鐳激光等兼做清洗設(shè)備的，可依靠原有品牌積累贏得一些訂單，對(duì)初創(chuàng)企業(yè)而言就較為艱難。相關(guān)激光器廠家主要有創(chuàng)鑫激光、銳科激光、海富光子、珠西激光、飛博激光、中科四象、國(guó)科激光等。

市場(chǎng)前景

據(jù)市場(chǎng)調(diào)研報(bào)告顯示，2018年，全球激光清洗市場(chǎng)的價(jià)值將達(dá)到5.89億美元，到2023年這一數(shù)值預(yù)計(jì)將達(dá)到7.24億美元，2018年和2023年之間的復(fù)合年增長(zhǎng)率（CAGR）為4.22％。據(jù)了解，2018年以來(lái)各家激光清洗設(shè)備公司均取得了不錯(cuò)的增長(zhǎng)，保守估計(jì)上半年的銷售額比去年增長(zhǎng)了60％以上。一方面是因?yàn)槟壳皬氖录す馇逑丛O(shè)備的企業(yè)增加，各式機(jī)器層出不窮，推動(dòng)價(jià)格下降；另一方面是一些潛在用戶在觀望了解后，在今年開(kāi)始采購(gòu)激光清洗設(shè)備。整體來(lái)看，市場(chǎng)處于上升階段，前景廣闊。

但需要正視的是，目前我國(guó)激光清洗市場(chǎng)還存在一些短板。例如用于清洗的國(guó)產(chǎn)激光器技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化還落后國(guó)外；激光清洗工藝應(yīng)用點(diǎn)很多，但還沒(méi)有形成成熟的體系；還沒(méi)有具備指導(dǎo)性的檢測(cè)方法、儀器和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。這需要國(guó)內(nèi)相關(guān)科研院所、生產(chǎn)企業(yè)、終端應(yīng)用單位等共同努力，一起解決我國(guó)激光清洗行業(yè)的難題。