近年来，随着人们环保意识的增强，给世界各国清洁行业的发展带来了巨大的挑战。各种有利于环保的清洗技术应运而生，激光清洗机就是其中之一
激光清洗机利用高能激光束照射工件表面，使表面的污垢、铁锈或涂层瞬间蒸发或剥落，高速有效去除清洁物体表面的附着物或表面涂层，从而实现清洁过程。这是一项基于激光与材料相互作用效应的新技术。与机械清洗、化学腐蚀清洗、液固强冲击清洗、高频超声波清洗等传统清洗方法相比，具有明显的优势。高效、快速、低成本，对基板的热负荷和机械负荷小，清洗无破坏性；废物可回收利用，无环境污染物，安全可靠，不损害操作人员健康，可去除不同厚度和成分的涂料。清洗、自动控制、遥控清洗等
激光清洗机的原理和方法
激光具有高方向性、单色性、高相干性和高亮度的特点。通过透镜的聚焦和切换，能量可以集中在非常小的空间和时间范围内。在激光清洗过程中，主要使用以下激光特性：
1。激光可以实现能量在时间和空间上的高度集中。聚焦的激光束可以在焦点附近产生数千度甚至数万度的高温，因此污垢可以立即蒸发、蒸发或分解。激光束发散角小，方向性好。激光束可以通过聚焦系统聚焦成不同直径的光斑。在相同激光能量条件下，控制不同直径的激光光斑，可以调节激光能量密度，使污垢受热膨胀。当污垢的膨胀力大于基质上污垢的吸附力时，污垢将从物体表面分离
3。激光束能在固体表面产生超声波，产生机械共振，破碎和脱落污垢
激光清洗机利用上述激光的特性达到清洗目的。根据待清洗基板和待去除污垢的光学特性，激光清洗机理可分为两类：一类是清洗基板（也称为基质）和表面附着（污垢）在一定波长下对激光能量的吸收系数非常不同。辐射到表面的大部分激光能量被表面附件吸收，表面附件被加热或蒸发，或瞬间膨胀，并由形成的气流驱动与物体表面分离，以达到清洁的目的。基板不会被损坏，因为该波长下的激光吸收能量非常小。对于这种激光清洗，选择合适的波长和控制激光能量是实现安全高效清洗的关键
另一种清洗方法适用于清洗基板，基板和表面附着体之间的激光能量吸收系数相差不大，或者基材对加热涂层形成的酸蒸汽更敏感，或者加热涂层后会产生有毒物质。这种方法通常使用高功率、高重复频率的脉冲激光对清洁表面进行冲击，将部分光束转换为声波。声波击中较低硬表面后，返回的零件会干扰激光产生的入射声波，产生高能波，导致涂层发生小规模爆炸。将涂层压成粉末，然后用真空泵去除，但不会损坏下面的基材
有四种激光清洗方法：1。激光干洗法，即脉冲激光直接辐射去污；2.激光液膜法，即先在基板表面沉积一层液膜，然后用激光辐射去污；当激光照射液膜时，液膜被迅速加热，导致爆炸性蒸发，爆炸性冲击波使基板表面的污垢松动。并利用冲击波飞离加工物体表面，达到去污的目的。3.激光惰性气体法，即在激光辐射的同时，将惰性气体吹到基板表面。当污垢从表面剥离时，立即用气体将其吹离表面，以避免再次污染和表面氧化；4.激光松动污垢后，采用非腐蚀性化学方法进行清洗。目前，前三种方法是常用的。第四种方法仅适用于石材文物的清洗，完整的激光清洗系统包括：激光或YAG激光）、样品处理台、导光系统、控制台及辅助系统（如热量计、光束轮廓仪及其附件）。对于激光液膜的清洗方法，还有一个液膜沉积系统。当采用激光惰性气体清洗方法时，还应包括惰性气体进口和排放系统
三、 激光清洗的应用现状
石雕、石雕等古代高档石材艺术品由于其极其精细、脆弱的表面结构，成为激光清洗技术最早的应用领域。研究发现，利用激光去除石质文物表面的污垢有其独特的优势。它可以非常精确地控制梁在复杂表面上移动，在不损坏文物石头的情况下清除污垢
例如，1992年9月，联合国教科文组织下属的世界文化遗产保护组织对英国著名的亚明大教堂进行了维护，以纪念该组织成立20周年。亚明大教堂西侧圣母院大门上精致的大理石雕刻是该项目的关键。在一年的处女门维修工程中，维修人员借助激光束去除了覆盖在大理石雕刻图案上的几毫米厚的黑色氧化皮层，反射出大理石表面的原色，为了重现精雕细刻的辉煌
另一个例子：经过激光清洗，英国最重要的石雕收藏品之一英斯布伦蒂尔的石雕收藏品也达到了同样的效果。人们用电子显微镜观察激光清洗后的石雕表面。结果表明，激光清洗后石材的结构没有发生变化，清洗后的表面光滑平整，无损伤。这与颗粒喷射（喷砂）清洁的表面完全不同。颗粒射流清洗后难以避免对大理岩表面结构的破坏，尤其是对含有硫酸盐垢层的大理岩表面。电子显微镜观察还发现，激光照射后，表面下岩石材料的性质既没有退化，也没有改变
目前，激光清洗石灰石、大理石等高档石材表面的污垢已成为一个新的、有前景的商业项目。除了石材的清洗外，激光清洗对玻璃、金属、模具、磁盘和各种微电子产品的清洗也有很好的效果。在汽车轮胎生产中，轮胎模具的底部和周围花纹每两到三周需要清洗一次，整个模具每几个月需要彻底清洗一次。传统的清洗方法是浸泡在化学溶液中或喷砂，不仅成本高、噪音大、污染严重，而且影响模具的表面质量
此外，这种清洗方法无法实现在线清洗。清洗前的模具拆卸和清洗后的模具安装耗时较长，影响生产线的正常运行。利用激光技术对模具进行清洗，可实现在线清洗操作。根据模具表面有机附着物的数量和不同的橡胶结构，清洁一套模具只需45-90分钟（包括装载、卸载和清洁模具两侧的零件）。由于模具表面可以反射激光束，因此模具表面不会被激光损坏。激光清洗具有很高的灵活性，用户可以完全替代使用该技术的其他方法。目前，国外轮胎生产线已采用YAG激光器实现轮胎模具的在线清洗，并已应用于工业生产。当需要清洁模具时，在硫化结束时打开硫化机，将激光模具清洁系统移动到硫化机上清洁模具，无需等待模具冷却
清洁模具的时间与模具温度无关。操作员可以通过将激光清洗系统的头部压在模具上开始清洗。在清洗过程中，激光束扫描模具表面，从四个不同角度照射模具表面，确保所有类型的模具都可以清洗。清洗一半后，将清洗机的机头移至模具的另一半进行清洗。模具完全清洁后，将清洁装置移到另一个要清洁的硫化机模具上。清洗后的硫化机可立即投入生产。除了清洁模具外，工业应用还包括标记轮胎、去除制动线等零件上的涂层或从扁线上剥线
目前，YAG激光已在国外轮胎生产线上实现轮胎模具的在线清洁，并已应用于工业。如果系统满负荷运行，在原轮胎厂家每年清洗1500对模具的基础上，可节省生产时间6000小时；轮胎产量可增加约30000套。不仅环保，还有可观的经济效益
激光清洗技术在欧洲的应用已经推广应用了好几年，产品也有，但我国才刚刚起步，主要原因是激光设备投资昂贵，仍难以广泛应用。与传统清洗技术相比，激光清洗技术具有无可比拟的优势。目前，高效、低成本的轮胎模具清洗方法亟待推广。据不完全统计，中国有数千家轮胎及其产品制造商，年产量超过100万只轮胎的企业不少于2000家。年产100万套轮胎的厂家有数万套模具，每三周需要清洗一套模具。可见，激光清洗技术的推广应用具有重要意义。相信在该技术不断完善的基础上，随着设备的批量生产，激光清洗技术将在轮胎模具清洗或其他清洗行业发挥重要作用，具有良好的发展前景
四、激光清洗的效益分析
以轮胎模具激光清洗为例，介绍激光清洗与离线喷砂清洗、干冰清洗设备相比的经济效益。激光清洗技术具有明显的优势：清洗速度快、劳动强度低、无磨损、对操作人员无危险。
但是设备初期投入比较高，达到50-60万美元。因此，工厂需要建立合理的投资回收计划。典型的JET激光系统工厂可以在18个月内获得投资回报。硫化停工时间短、人工成本低、模具磨损少、生产成本低是潜在的好处。例如，对于一台日产量为20000条轮胎的设备，按照8台硫化机(16个模具)平均每天清洗一次的要求，假设每班清洗3台硫化机或每天清洗9台硫化机(部分工厂清洗2次)将需要15小时左右的工作时间和10小时的停机时间才能从硫化机上取下2个模具进行离线清洗， 而如果用激光清洗两个模具，需要0.3小时的工作时间和3小时的停机时间，那么假设模具车间只做10次清洗(5台硫化机)和5次离线清洗，激光清洗会产生巨大的回报：每天可以节省70小时的操作时间和35小时的停机时间，那么按照一年320个工作日计算，每年可以增加22400小时的操作时间和11200小时的上机时间。
激光清洗设备的维修和保养费用也应包括在内。为了清洁激光镜和清除沉积在过滤器上的残留物，设备应每周维护30分钟，主要部件应每4周检修60分钟。根据制造商的要求，每六个月对设备和激光系统进行一次日常维护。大部分机械零件可以像激光架一样有10年以上的使用寿命，有些激光零件使用300小时左右就需要更换。这些零件可以在日常预防性维护期间现场更换。激光设备及其一年保修服务。包括更换易损件和提供典型备件。最后，运营成本约为每小时4-8美元。所有设备都配备了调制解调器，因此制造商可以提供远程服务。
综合以上因素，总体来看，激光清洗技术的经济效益非常显著。
五、总结和展望
激光清洗技术相对于传统的清洗技术具有很大的优势。它在经济效益和“绿色”工程方面都能给社会带来巨大的效益，具有广阔的市场前景。然而，我国在这一领域的研究仍然不足。如果能利用我们现有的激光技术开发配套的激光清洗设备并投入生产，实现产业化，是完全有可能的。随着激光成本的降低，激光清洗技术将逐步普及，这对推动高新技术产业本身的发展也具有重要意义。
