激光清洗技術在工業領域的應用分析
引言
製造業迅猛發展的今天，不論是機械還是電子產品在加工或者裝配之前以及設備運轉一段時間之後的維修維護，基本都需要對部分材料或者部件進行清洗處理。而激光清洗是基於激光與物質相互作用發展而來，與機械摩擦清洗、化學腐蝕清洗、液體固體強力衝擊清洗和高頻超聲清洗等傳統清洗方法相比，激光清洗具有環境友好、非接觸、可精準控制、可實時監控反饋和對基材無損微損等優點，有望部分替代傳統清洗方法，成為目前具有很大發展潛力的清洗技術。
激光清洗研究現狀分析
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衝擊波式清洗方法。在以上三種方法中，激光燒蝕清洗方法的操作條件簡單，使用最為廣泛，選擇合適的激光器類型、採用優化的工藝參數可去除各種塗層、油漆、顆粒或污物。其餘兩種方法雖然也具有各自的優點，但目前應用仍處於研究階段，沒有大規模推廣。
激光清洗機理的研究
對於激光清洗機理的研究，基於激光燒蝕理論，江蘇大學佟艷群研究了激光作用下金屬和金屬氧化物的溫升規律，分析激光能量、激光脈寬等參數的影響。結合形貌分析，提出金屬氧化物的激光去除機理是激光燒蝕的物理化學效應和彈性振動效應共同作用的結果，為激光工藝參數的選取和在線監測技術提供了依據。
南開大學李偉匯總了激光清洗的物理機制。他認為激光清洗的對象可分為微粒和膜層兩種，對於微粒的去除有三種作用在裡面，分別為熱彈性膨脹、激光燒蝕、間隙液膜爆發性沸騰等，其中以熱彈性膨脹機製為主。通過分析激光加熱引起的溫度分布和位移分布，建立激光引起的脫離應力與粘附力之間的比較關係，或熱彈性能與粘附勢能之間的比較關係，進而確定清洗條件，最終得到激光參數、材料參數和環境參數與清洗效果、效率之間的決定關係。
南開大學施曙東提出一種三層吸收界面燒蝕振動模型，並利用模型對激光清洗漆塗覆層的機制、清洗閾值等模擬與實際工作密切相關的因素進行了比較分析。用數學方法確定清洗模型中的各層吸收的激光和熱轉化，並使用有限元方法對其進行了數值求解，給出了清洗過程中的溫度分布、應力分布和位移值的數值計算解。
激光清洗應用研究現狀
激光清洗對象包括基材與清洗物，基體材料現已涵蓋鋼材、鋁合金、鈦合金、樹脂基複合材料等，清洗物囊括漆層、鏽蝕、氧化層、硫化層和各種有機物等。
表 近年來部分激光清洗的研究進展分類介紹
鈦合金清洗
樹脂基複合材料清洗
激光清洗裝備研發進展
我國的激光清洗技術研究和設備開發基本上是跟蹤國外的發展，但是在短時間內也取得了一些成果，近年學術界激光清洗的研究文章逐漸增多，清洗材料種類和應用領域逐漸擴大。2010年中國工程物理研究院激光聚變研究中心在國內最早嘗試了激光清洗設備的開發，並成功應用到文物清洗領域，目前已經形成小批量生產和銷售。自此以後，尤其2016年下半年至今，從事激光清洗設備研發的企事業單位層出不窮，激光清洗技術也逐漸露出廬山真面目，顯現在人們眼前，為更多的人所認知。
2017「江門智博會」，可以說雲集了國內絕大部分激光清洗設備。
最早的激光清洗設備都是手持式操作，具有較大的應用局限性。目前激光清洗正在向自動化控制方向發展，銘鐳激光、中國工程物理研究院、嘉信激光等實現了自動化清洗，提高了清洗效率，尤其是提高了安全性。
激光清洗未來發展的思考
經過多年發展，激光清洗在工業應用領域開闢了許多新的機遇，但是對於激光清洗技術的發展，作者持謹慎態度，認為還有以下工作需要深入推進。
首先，作者認為激光清洗只是（至少目前）現有清洗技術的有益補充，而不是革命性的新技術；其次，以下原因是激光清洗沒有大規模推廣的主要因素：
1、激光清洗的基礎理論與工藝研究仍然欠缺
激光清洗基礎研究相對薄弱和至今仍沒有相應的標準制定。
2、激光清洗的環保性有待「商榷」
如果幾十台清洗機同時作業，會產生大量的廢棄物，處理是一個大問題，尤其是除漆作業，會產生強烈的刺激性氣味，目前現在任何一家激光清洗研究單位都沒有明確的解決措施。
3、激光清洗的效率有待提高
與噴砂清洗和化學清洗相比，激光清洗的效率還比較低，尤其是除漆作業。
4、與公眾的預期有差距
激光在公眾看來屬於高科技，清洗界人士對激光清洗的期望值很高，但效果目前沒有很驚艷，一次性投入又較大，因此產生觀望心理。
基於以上分析，作者認為，激光清洗未來的發展應該是精細化方向，即立足激光清洗是現有清洗技術的有益補充這一事實，科研和生產單位應該加強基礎研究，尋找真正適用激光清洗的領域。
結 語
作為激光應用的新領域——激光清洗技術，有著誘人的應用前景。隨著激光器技術和性能的不斷發展和提高，激光清洗的機理研究不斷深入，科學儀器對材料表面質量的監測能力逐漸提高，表徵方法與手段也日趨完善，激光清洗材料表面的質量得到提升，清洗精度和效率也逐漸增加。
作者簡介：賈寶申，中國工程物理研究院工程師，主要從事激光技術和工業自動化技術研究。
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