高端制造和节能减排对先进工艺的需求越来越迫切，工业表面处理方面亟待技术、工艺的全面升级，传统的工业清洗工艺，如机械摩擦清洗、化学腐蚀清洗、强冲击清洗、高频超声波清洗等，不仅清洗周期长，而且难以实现自动化，对环境有危害，达不到理想的清洗效果，不能很好地满足精细加工的需要。
然而随着环保、高效、高精度之间矛盾的日益突出，传统的工业清洗方式受到极大的挑战，与此同时，各种有利于环保、适用于超精加工领域零件的清洗技术也纷纷涌现，激光清洗技术就是其中的一种。
激光清洗概念
激光清洗是利用聚焦激光作用于材料表面，使表面污染物迅速汽化或剥离，从而达到清洗材料表面的技术。与各种传统的物理或化学清洗方法相比，激光清洗具有无接触、无耗材、无污染、精度高、无损伤或损伤小等特点，是新一代工业清洗技术的理想选择。
激光清洗机工作原理
原理 激光清洗机 反应过程比较复杂，可能既包括物理过程，也包括化学过程，很多情况下以物理过程为主，伴有一定程度的化学反应，主要过程可分为气化过程、冲击过程、振荡过程3类。
气化过程
当高能激光照射到材料表面时，表面吸收激光能量并转换成内能，使表面温度迅速升高并达到材料的汽化温度以上，从而使污染物以蒸汽的形式脱离材料表面。选择性汽化通常发生在表面污染物对激光的吸收率明显高于基材时。一个典型的应用案例就是石材表面污垢的清洗。如下图所示，石材表面的污染物对激光的吸收率很强，很快被汽化。当去除污染物后再用激光照射石材表面时，吸收较弱，更多的激光能量被石材表面散射，石材表面的温度变化很小，保护石材表面不受损伤。
典型的化学工艺是使用紫外线波段的激光来清除有机污染物，这被称为激光烧蚀。紫外线激光波长短，光子能量高。例如，KrF 准分子激光的波长为 248 nm，光子能量高达 5 eV，是 CO2 激光光子能量高(0.12eV)，如此高的光子能量足以破坏有机物的分子键，使有机污染物中的CC、CH、CO等吸收激光的光子能量后发生断裂，从而导致热解气化并从表面去除。
冲击过程
冲击过程是激光与材料相互作用过程中发生的一系列反应，然后在材料表面形成冲击波。在冲击波的作用下，表面污染物被打碎，成为从表面剥离的灰尘或碎屑。引起冲击波的机制有很多，包括等离子体、蒸汽、快速的热膨胀和收缩。以等离子体冲击波为例，可以简单了解激光清洗中的冲击过程是如何去除表面污染物的。随着超短脉冲宽度（ns）和超高峰值功率（107–1010 W/cm2）激光的应用，即使表面轻轻吸收激光，表面温度仍会急剧上升，瞬间达到汽化温度以上，在材料表面上方形成蒸气，如下图（a）所示。蒸气的温度可以达到104 - 105 K，可以电离蒸气本身或周围的空气，形成等离子体。等离子体会阻挡激光到达材料表面，材料表面的汽化可能会停止，但等离子体会继续吸收激光能量，温度不断升高，形成局部超高温高压状态，在材料表面产生瞬间1-100kbar的冲击，并逐渐转移到材料内部，如下图（b）、（c）所示。在冲击波的作用下，表面污染物被击碎成微小的粉尘、颗粒或碎片。当激光离开照射位置时，等离子体消失，局部产生负压，将污染物的颗粒或碎片从表面清除，如下图（d）所示。
振荡过程
在短脉冲作用下，材料的加热和冷却过程极其迅速。由于不同材料具有不同的热膨胀系数，在短脉冲激光的照射下，表面污染物和基片将发生不同程度的高频热胀冷缩，产生振荡，使污染物从材料表面剥离。在这个剥离过程中，可能不会发生材料的汽化，也不会产生等离子体，而是在振荡作用下在污染物与基片界面处形成的剪切力，破坏了污染物与基片之间的结合。研究表明，当激光的入射角略微增大时，可以增加激光与颗粒污染物及基片界面的接触，降低激光清洗的阈值，振荡效应更明显，清洗效率更高。但入射角不宜过大。入射角过大，会降低作用于材料表面的能量密度，削弱激光的清洁能力。
激光清洗机的行业应用
模具行业
激光清洗机可以实现对模具的非接触式清洗，对模具表面非常安全，既能保证其精度，又能清洗掉传统清洗方式无法去除的亚微米级污垢颗粒，达到真正的无污染、高效、高质量的清洗。
精密仪器行业
精密机械行业经常需要从零件上去除用于润滑和防腐的酯类和矿物油，通常采用化学方法，而化学清洗往往会留下残留物。激光脱酯可以完全去除酯类和矿物油，而不会损坏零件表面。激光促使零件表面薄氧化层爆炸性气化，形成冲击波，从而去除污染物，而不是机械相互作用。
铁路行业
目前，钢轨焊前清理全部采用砂轮、砂带磨削式清理，对基体损伤严重，残余应力严重，每年要消耗大量的砂轮耗材，成本高，对环境造成严重的粉尘污染。激光清理可为我国高铁铺轨生产提供优质高效的绿色清理技术，解决上述问题，消除无缝轨孔洞、灰斑等焊接缺陷，提高我国高铁运营的稳定性和安全性。
航空工业
飞机表面使用一定时间后需重新喷漆，但喷漆前需将原有旧漆全部清除。化学浸泡/擦拭是航空领域主要的脱漆方法，此方法产生大量化学辅助废弃物，无法实现局部维修和脱漆，工作量大且对健康有害。激光清洗可高质量去除飞机蒙皮表面油漆，且易于实现自动化生产。目前，激光清洗技术已应用于一些高端机型的维修中。
船舶工业
目前船舶投产前清洗主要采用喷砂方式，喷砂方式对周围环境造成严重的粉尘污染，已逐步被禁止，导致船舶制造厂减产甚至停产。激光清洗技术将为船舶表面防腐喷涂提供绿色、无污染的清洗解决方案。
武器
激光清洗技术在武器维修中得到了广泛的应用，激光清洗系统可以 除锈 激光清洗机能高效、快速地去除工件表面的污染物和残渣，并可选择清洗部位，实现清洗的自动化。采用激光清洗，不仅清洁度比化学清洗工艺高，而且对物体表面几乎没有损伤。通过设定不同的参数，激光清洗机还能在金属物体表面形成一层致密的氧化保护膜或金属熔融层，提高表面强度和抗腐蚀性能。激光清除的废料基本不污染环境，还可以远距离操作，有效减少了对操作人员健康的损害。
建筑外观
摩天大楼越来越多，建筑外墙清洗问题日益突出。激光清洗系统通过光纤对建筑外墙进行很好的清洗，最长可达70米的解决方案，可以有效清洗各种石材、金属、玻璃上的各种污染物，效率远高于常规清洗，还可以清除建筑物内各种石材上的黑点、污渍。激光清洗系统对建筑物、石碑的清洗试验表明，激光清洗对保护古建筑外观有很好的效果。
电子行业
电子行业用激光去除氧化物：电子行业对除污精度要求高，激光除污尤为适用。元件引脚在焊接电路板前必须彻底除污，以保证最佳的电接触，除污过程中不得损坏引脚。激光清洗即可满足使用要求，而且效率很高，每根针头只需照射一次激光。
核电厂
激光清洗系统还用于核电站反应堆管道的清洗。它利用光纤将高功率激光束引入反应堆，直接清除放射性粉尘，清洗物容易清洗。而且由于是远距离操作，工作人员的安全可以得到保障。
结语
当今先进制造业已成为国际竞争的制高点，激光清洗机作为激光制造中的先进系统，在产业发展中有着巨大的应用价值潜力，大力发展激光清洗技术对经济社会发展具有十分重要的战略意义。
