深度分析：激光清洗行業(yè)的現狀與未來(lái)

當今的制造業(yè)發(fā)展迅猛，各種機械、電子產(chǎn)品的應用規模均大為增長(cháng)。但這些設備在裝配之前以及運行一段時(shí)間之后，都需要進(jìn)行一些維護，其中就包括對部分材料或部件進(jìn)行清洗。傳統的清洗工藝如機械摩擦清洗、化學(xué)腐蝕清洗、強力沖擊清洗、高頻超聲清洗等，非常耗時(shí)，無(wú)法實(shí)現自動(dòng)化，而且通常對環(huán)境造成有害影響。同時(shí)，也沒(méi)有測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)應力、無(wú)損傷、可控性好、可選區精密清洗、可清洗難以到達的危險的區域等優(yōu)點(diǎn)，被認為是未來(lái)最可靠、有效的解決清洗問(wèn)題的辦法。

作用機理
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理的共同作用下，使污物脫離基底，實(shí)現表面清洗。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，使用最廣泛，選擇合適的激光器類(lèi)型、采用優(yōu)化的工藝參數可去除各種涂層、油漆、顆?；蛭畚?。其余兩種方法雖然也具有各自的優(yōu)點(diǎn)，但目前應用仍處于研究階段，沒(méi)有大規模推廣。

▲激光清洗原理圖

激光清洗機一般主要由激光器、光束傳輸整形單元、自動(dòng)控制操作系統、清洗質(zhì)量檢測保護單元、位移平臺等組成。

▲激光清洗機結構圖

應用領(lǐng)域
激光清洗技術(shù)研究起步于20世紀80年代中期，但直到20世紀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、大型裝備與精密機械等除漆除銹等方面得到良好的應用。此外，歐洲國家普遍保留了大量的歷史物件和古老建筑，許多教堂、城堡、大學(xué)、博物館、雕塑等均有數百年甚至千年歷史，歐洲人十分注重這些“古董”的保護與修復，自1990年代中已經(jīng)開(kāi)始把激光清洗技術(shù)用于考古修復去污。

國內外現狀
國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顆粒都可以去除，已有近30年的使用經(jīng)驗，在去污中涉及激光清洗實(shí)驗所使用的設備種類(lèi)也比較多，所用激光器的波長(cháng)范圍廣。但激光清洗技術(shù)的發(fā)展不平衡，有些已實(shí)現工業(yè)化，有的還處于實(shí)驗室階段。目前歐美國家的激光清洗市場(chǎng)表現穩定，主要供應商包括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；電子線(xiàn)路清洗采用248 nm、3 W、20 ns的激光，已實(shí)現工業(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)完全取代傳統化學(xué)清洗方法；在激光除銹、激光除污染物方面，已經(jīng)規?；瘧?，而且實(shí)驗先于理論。另外在半導體領(lǐng)域、磁頭和絕緣體領(lǐng)域已經(jīng)開(kāi)始實(shí)驗驗證。

我國激光清洗技術(shù)的研究和設備的開(kāi)發(fā)起步晚，基本上是跟蹤國外的發(fā)展，雖然在較短時(shí)間內取得了一些成果，但與國外相比還有較大差距。目前從事激光清洗的科研機構包括中國工程物理研究院激光聚變中心、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(lèi)和應用領(lǐng)域逐漸擴大，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)清洗等傳統工藝相比，激光清洗的效率并無(wú)優(yōu)勢。

 
▲激光清洗在金屬表面除銹上的應用

國內從事激光清洗設備開(kāi)發(fā)的企業(yè)較多，但由于應用較新，還需要一段時(shí)間來(lái)等待市場(chǎng)的成長(cháng)。大族激光智能裝備集團、華工激光、銘鐳激光等兼做清洗設備的，可依靠原有品牌積累贏(yíng)得一些訂單，對初創(chuàng )企業(yè)而言就較為艱難。相關(guān)激光器廠(chǎng)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、國科激光等，目前國內實(shí)現高輸出功率為海富光子生產(chǎn)的800W激光器，而創(chuàng )鑫激光正進(jìn)行1000W激光器的研發(fā)，已實(shí)現1000W功率輸出的僅有IPG一家。

市場(chǎng)前景
據市場(chǎng)調研報告顯示，2018年，全球激光清洗市場(chǎng)的價(jià)值將達到億美元，到2023年這一數值預計將達到億美元，2018年和2023年之間的復合年增長(cháng)率（CAGR）為％。據了解，2018年以來(lái)各家激光清洗設備公司均取得了不錯的增長(cháng)，保守估計上半年的銷(xiāo)售額比去年增長(cháng)了60％以上。一方面是因為目前從事激光清洗設備的企業(yè)增加，各式機器層出不窮，推動(dòng)價(jià)格下降；另一方面是一些潛在用戶(hù)在觀(guān)望了解后，在今年開(kāi)始采購激光清洗設備。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，目前我國激光清洗市場(chǎng)還存在一些短板。例如用于清洗的國產(chǎn)激光器技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化還落后國外；激光清洗工藝應用點(diǎn)很多，但還沒(méi)有形成成熟的體系；還沒(méi)有具備指導性的檢測方法、儀器和行業(yè)標準。這需要國內相關(guān)科研院所、生產(chǎn)企業(yè)、終端應用單位等共同努力，一起解決我國激光清洗行業(yè)的難題。