深度分析：激光清洗行业的现状与未来

当今的制造业发展迅猛，各种机械、电子产品的应用规模均大为增长。但这些设备在装配之前以及运行一段时间之后，都需要进行一些维护，其中就包括对部分材料或部件进行清洗。传统的清洗工艺如机械摩擦清洗、化学腐蚀清洗、强力冲击清洗、高频超声清洗等，非常耗时，无法实现自动化，而且通常对环境造成有害影响。同时，也没有测量清洁效果的可靠方法。与之相比，激光清洗具有无污染、无消耗品、成本低、效率高、无接触、无应力、无损伤、可控性好、可选区精密清洗、可清洗难以到达的危险的区域等优点，被认为是未来最可靠、有效的解决清洗问题的办法。

作用机理
激光清洗是利用窄脉宽、高功率密度的激光作用于待清洗物表面，在快速光振动、汽化、分解和等离子体剥离等机理的共同作用下，使污物脱离基底，实现表面清洗。目前，典型的激光清洗方法主要有三种：激光烧蚀清洗、液膜辅助激光清洗和激光冲击波式清洗方法。在以上三种方法中，激光烧蚀清洗方法的操作条件简单，使用最广泛，选择合适的激光器类型、采用优化的工艺参数可去除各种涂层、油漆、颗粒或污物。其余两种方法虽然也具有各自的优点，但目前应用仍处于研究阶段，没有大规模推广。

▲激光清洗原理图

激光清洗机一般主要由激光器、光束传输整形单元、自动控制操作系统、清洗质量检测保护单元、位移平台等组成。

▲激光清洗机结构图

应用领域
激光清洗技术研究起步于20世纪80年代中期，但直到20世纪90年代初期才真正步入工业生产中，在模具清洗、材料表面处理、大型装备与精密机械等除漆除锈等方面得到良好的应用。此外，欧洲国家普遍保留了大量的历史物件和古老建筑，许多教堂、城堡、大学、博物馆、雕塑等均有数百年甚至千年历史，欧洲人十分注重这些“古董”的保护与修复，自1990年代中已经开始把激光清洗技术用于考古修复去污。

国内外现状
国外激光清洗的去污范围非常广泛，从厚锈层到激光表面微细颗粒都可以去除，已有近30年的使用经验，在去污中涉及激光清洗实验所使用的设备种类也比较多，所用激光器的波长范围广。但激光清洗技术的发展不平衡，有些已实现工业化，有的还处于实验室阶段。目前欧美国家的激光清洗市场表现稳定，主要供应商包括P－laser， CleanLaser， Adapt Laser Systems， General Lasertronics，IPG等。具体包括激光模具的清洗方面，已经发展到1000 W激光手动清洗机；电子线路清洗采用248 nm、3 W、20 ns的激光，已实现工业化；采用248 nm、5 W的纳秒紫外光清洗芯片，取得非超好的效果；在光掩膜领域，紫外激光已经完全取代传统化学清洗方法；在激光除锈、激光除污染物方面，已经规模化应用，而且实验先于理论。另外在半导体领域、磁头和绝缘体领域已经开始实验验证。

我国激光清洗技术的研究和设备的开发起步晚，基本上是跟踪国外的发展，虽然在较短时间内取得了一些成果，但与国外相比还有较大差距。目前从事激光清洗的科研机构包括中国工程物理研究院激光聚变中心、装甲兵工程学院再制造中心、哈尔滨工业大学、华中科技大学、南开大学等。尽管近年学术界激光清洗的研究文章逐渐增多，清洗材料种类和应用领域逐渐扩大，但各领域研究发展不平衡，很多问题尚未解决，例如在某些领域与喷砂清洗和化学清洗等传统工艺相比，激光清洗的效率并无优势。

 
▲激光清洗在金属表面除锈上的应用

国内从事激光清洗设备开发的企业较多，但由于应用较新，还需要一段时间来等待市场的成长。大族激光智能装备集团、华工激光、铭镭激光等兼做清洗设备的，可依靠原有品牌积累赢得一些订单，对初创企业而言就较为艰难。相关激光器厂家主要有创鑫激光、锐科激光、海富光子、珠西激光、飞博激光、中科四象、国科激光等，目前国内实现高输出功率为海富光子生产的800W激光器，而创鑫激光正进行1000W激光器的研发，已实现1000W功率输出的仅有IPG一家。

市场前景
据市场调研报告显示，2018年，全球激光清洗市场的价值将达到亿美元，到2023年这一数值预计将达到亿美元，2018年和2023年之间的复合年增长率（CAGR）为％。据了解，2018年以来各家激光清洗设备公司均取得了不错的增长，保守估计上半年的销售额比去年增长了60％以上。一方面是因为目前从事激光清洗设备的企业增加，各式机器层出不穷，推动价格下降；另一方面是一些潜在用户在观望了解后，在今年开始采购激光清洗设备。整体来看，市场处于上升阶段，前景广阔。

但需要正视的是，目前我国激光清洗市场还存在一些短板。例如用于清洗的国产激光器技术和产业化还落后国外；激光清洗工艺应用点很多，但还没有形成成熟的体系；还没有具备指导性的检测方法、仪器和行业标准。这需要国内相关科研院所、生产企业、终端应用单位等共同努力，一起解决我国激光清洗行业的难题。