雷射清洗傳統清洗工業有各種各樣的清洗方式，多是利用化學藥劑和機械方法進行清洗。在我國環境保護法規要求越來越嚴格、人們環保和安全意識日益增強的今天，工業生產清洗中可以使用的化學藥品種類將變得越來越少。如何尋找更清潔，且不具損傷性的清洗方式是我們不得不考慮的問題。而雷射清洗具有無研磨、非接觸、無熱效應和適用於各種材質的物體等清洗特點，被認為是最可靠、最有效的解決辦法。同時，雷射清洗可以解決採用傳統清洗方式無法解決的問題。
基本介紹
- 中文名：雷射清洗
- 外文名：laser cleaning
- 行業：工業清洗
- 用途：清洗各種材質
- 優點：無研磨、非接觸、無熱效應
簡介,優點,原理,實際套用,主要方法,
簡介
例如，工件表面粘有亞微米級的污染顆粒時，這些顆粒往往粘得很緊，常規的清洗辦法不能夠將它去除，而用納米雷射輻射工件表面進行清洗則非常有效。還由於雷射對工件是無接觸清洗，對精密工件或其精細部位清洗十分安全，可以確保其精度。所以雷射清洗在清洗行業中獨具優勢。
雷射為什麼能夠用來清洗？為什麼對被清洗物體不會造成損害呢？首先了解一下雷射的本質。簡單來說，雷射和在我們身邊的如影隨形般的光線（可見光和不可見光）沒有什麼不同，只不過雷射是利用諧振腔把光聚集在同一個方向上，並且有較單純的波長，協調性等性能更好，因此理論上所有波長的光都可以用來形成雷射，但實際上受限於能夠激發的介質不多，因此能夠產生穩定且適合工業生產的雷射光源相當有限。被廣泛使用的大概也就是Nd:YAG雷射、二氧化碳雷射和準分子雷射。由於Nd：YAG雷射可以通過光纖傳輸更適合工業套用，因此在雷射清洗中也多被採用。
優點
與機械摩擦清洗、化學腐蝕清洗、液體固體強力衝擊清洗、高頻超聲清洗等傳統清洗方法相比，雷射清洗具有明顯的優點。
2．1 雷射清洗是一種”綠色”的清洗方法，不需使用任何化學藥劑和清洗液，清洗下來的廢料基本上都是固體粉末，體積小，易於存放，可回收，可以輕易解決化學清洗帶來的環境污染問題；
2．2 傳統的清洗方法往往是接觸式清洗，對清洗物體表面有機械作用力，損傷物體的表面或者清洗的介質附著於被清洗物體的表面，無法去除，產生二次污染，雷射清洗的無研磨和非接觸性使這些問題迎刃而解；
2．3 雷射可以通過光纖傳輸，與機器手和機器人相配合，方便地實現遠距離操作，能清洗傳統方法不易達到的部位，這在一些危險的場所使用可以確保人員的安全；
2．4 雷射清洗能夠清除各種材料表面的各種類型的污染物，達到常規清洗無法達到的清潔度。而且還可以在不損傷材料表面的情況下有選擇性地清洗材料表面的污染物；
2．5 雷射清洗效率高，節省時間；
2．6 購買雷射清洗系統雖然前期一次性投入較高，但清洗系統可以長期穩定使用，運行成本低，以Quantel公司的LASERLASTE為例，每小時的運行費用僅為1歐元左右，更重要的是可以方便地實現自動化操作。
原理
脈衝式的Nd:YAG雷射清洗的過程依賴於雷射器所產生的光脈衝的特性，基於由高強度的光束、短脈衝雷射及污染層之間的相互作用所導致的光物理反應。其物理原理可概括如下：
a)雷射器發射的光束被需處理表面上的污染層所吸收。
b)大能量的吸收形成急劇膨脹的電漿（高度電離的不穩定氣體），產生衝擊波。
c)衝擊波使污染物變成碎片並被剔除。
d)光脈衝寬度必須足夠短，以避免使被處理表面遭到破壞的熱積累。
e)實驗表明當金屬表面上有氧化物時，電漿產生於金屬表面。
電漿只在能量密度高於閾值的情況下產生，這個閾值取決於被去除的污染層或氧化層。這個閾值效應對在保證基底材料安全的情況下進行有效清潔非常重要。電漿的出現還存在第二個閾值。如果能量密度超過這一閾值，則基底材料將被破壞。為在保證基底材料安全的前提下進行有效的清潔，必須根據情況調整雷射參數，使光脈衝的能量密度嚴格處於兩個閾值之間。
每個雷射脈衝去除一定厚度的污染層。如果污染層比較厚，則需要多個脈衝進行清洗。將表面清洗乾淨所需要的脈衝數量取決於表面污染程度。由兩個閾值產生的一個重要結果是清洗的自控性。能量密度高於第一閾值的光脈衝將一直剔除污染物，直到達到基底材料為止。然而，因為其能量密度低於基底材料的破壞閾值，所以基底不會受到破壞。
實際套用
雷射清洗不但可以用來清洗有機的污染物，也可以用來清洗無機物，包括金屬的鏽蝕、金屬微粒、灰塵等。下面介紹一些實際套用情況，這些技術已非常成熟，已被廣泛套用。
4．1 模具的清洗：
每年全世界的輪胎生產企業製造數億個輪胎，生產過程中輪胎模具的清洗必須迅速可靠，以節省停機的時間。傳統的清洗方法包括噴沙、超音波或二氧化碳清洗等，但這些方法通常必須在高熱的模具經數小時冷卻後，再移往清洗設備進行清潔，清潔所需的時間長，並容易損害模具的精度，化學溶劑及噪聲還會產生安全和環保等問題。利用雷射清洗方式，由於雷射可利用光纖來傳輸，因此在使用上深具彈性；由於雷射清洗方式可用光纖連線而將光導至模具的死角或不易清除的部位進行清洗，因此使用方便；由於橡膠並無氣化，因此不會產生有毒害的氣體，影響工作環境的安全。雷射清洗輪胎模具的技術已經大量在歐美的輪胎工業中被採用，雖然初期投資成本較高，但可在節省待機時間、避免模具損壞、工作安全及節省原材料上所獲得的收益迅速得到回收。根據Quantel公司的LASERLASTE 雷射清洗系在上海雙錢載重輪胎公司生產線上進行的清洗試驗表明，僅需2個小時就可以線上清洗一套大型載重輪胎的模具。和常規清洗方法相比，經濟效益是顯而易見的。
食品工業模具上防粘的彈性膜層需要定期更換以保證衛生，不用化學試劑而使用雷射清洗也特別適合這種套用。
4.2武器裝備的清洗：
雷射清洗技術在武器維護保養上廣泛套用。採用雷射清洗系統，可以高效、快捷地清除鏽蝕、污染物，並可以對清除部位進行選擇，實現清洗的自動化。採用雷射清洗，不但清潔度高於化學清洗工藝，而且對於物體表面幾乎無損害。Quantel公司的LASERLASTE通過設定不同參數，還可以在金屬物體表面形成一層緻密的氧化物保護膜或金屬熔融層，提高表面強度和耐腐蝕性。雷射清除的廢料對環境基本上不構成污染，還可以進行遠距離操作，有效減少了對操作人員的健康損害。
4.3飛機舊漆的清除：
在歐洲雷射清洗系統早已套用在航空工業中。飛機的表面過一定時間後要重新噴漆，但是噴漆之前需要將原來的舊漆完全除去。傳統的機械清除油漆法容易對飛機的金屬表面造成損傷，給安全飛行帶來隱患。如採用多個雷射清洗系統，可在兩天之內將一架A320空中客車表面的漆層完全除掉，且不會損傷到金屬表面。
4.4樓宇外牆的清洗：
隨著我國經濟的飛速發展，越來越多的摩天大樓被建立起來，大樓外牆的清潔問題日益凸現，LASERLASTE雷射清洗系統通過最長70米的光纖對建築物外牆的清洗提供了很好的解決方法，它可以對各種石材、金屬、玻璃上的各種污染物進行有效清洗，且比常規清洗效率高很多倍。還可以對建築物的各種石材上的黑斑、色斑進行清除。LASERLASTE雷射清洗系統在嵩山少林寺對建築物、石碑進行的清洗試驗表明，採用雷射清洗對保護古建築恢復外觀效果非常好。
4.5電子工業中的清洗
電子工業使用雷射去除氧化物：電子工業需要高精度地去污，特別適合採用雷射去氧化物。在電路板焊接前，元件針腳必須徹底去氧化物以保證最佳的電接觸，在去污過程中還不能損壞針腳。雷射清洗可以滿足使用要求，且效率很高，一個針腳只需照射一次雷射。
4.6精密機械工業中的精確去酯清洗：
精密機械工業常常需對零件上用來潤滑和抗腐蝕的酯類及礦物油加以清除，通常是用化學方法，而化學清洗往往仍有殘留物。雷射去酯可以將酯類及礦物油完全去除，不損傷零件表面。其污染物去除是由衝擊波完成，零件表面氧化物薄層爆炸性氣化形成了衝擊波，導致污物去除，而非機械互作用。材料徹底去酯用於航天工業機械零件的清理。機械零件加工中的油酯去除同樣可採用雷射清洗。
4.7核電站反應堆內管道清洗：
雷射清洗系統還套用於核電站反應堆內管道的清洗。它採用光導纖維，將高功率雷射束引入反應堆內部，直接清除放射性粉塵，清洗下來的物質清理方便。而且由於是遠距離操作，可以確保工作人員的安全。
綜上所述，雷射清洗在很多領域發揮著重要作用，並且在汽車製造、半導體晶圓片清洗、精密零件加工製造、軍事裝備清洗、建築物外牆清洗、文物保護、電路板清洗、精密零件加工製造、液晶顯示器清洗、口香糖殘跡去除等領域均可發揮重要作用。
作者簡介：付冰 男 （1978--）2000年畢業於北京航空航天大學，北京佛克斯雷射設備有限公司市場部經理 法國福瑪斯公司北京代表處商務經理
參考文獻：
1.“A theoretical model for laser removed of particles from solid surfaces”,Y.FLu W.D.Song, B.W.Ang,M.H.Hong,D.S.H.Chan,T.S.Low,Appl.Phys.A65,p9-13(1997)
2.“laser cleaning” removes partilces from surfaces, W.Zapka, W.Ziemlich, W.P. Leung and A.C. Tam, Microelectronic Engineering 20(1993)171-183 ...
主要方法
雷射清洗方法主要有4種：
①雷射乾洗法，即採用脈衝雷射直接輻射去污；
②雷射+液膜方法，即首先沉積一層液膜於基體表面，然後用雷射輻射去污；
③雷射+惰性氣體的方法，即在雷射輻射的同時，用惰性氣體吹向基體表面，當污物從表面剝離後會立即被氣體吹離表面，以避免表面再次污染和氧化；
④運用雷射使污垢鬆散後，再用非腐蝕性化學方法清洗。
最常用的是前 3種方法。第4種方法僅見於石質文物的清洗中。
國際上，雷射清洗技術對石質材料的套用已有十幾年的歷史。在我國，石質材料的雷射清洗起步較晚。由於雷射設備的投資還較為昂貴，普遍化套用還有一定難度。但是雷射清洗技術具有傳統清洗方法無法比擬的優點，隨著技術的不斷完善和設備的批量化生產，雷射清洗技術必將在石質材料的清洗業中發揮重要的作用。
