激光清洗的實(shí)質(zhì)是將高能量密度的激光束照射至工件表面，使工件表面的污物、氧化層、鍍層或涂層等受熱發(fā)生瞬間熔融、燒蝕、蒸發(fā)或剝離，從而實(shí)現(xiàn)工件表面潔凈化而不損傷基材的工藝過程，是新一代工業(yè)清潔技術(shù)的理想選擇!
1960年，美國科學(xué)家西奧多哈羅德梅曼研制成功世界上第1臺可實(shí)際利用的紅寶石激光器，從此開啟激光造福人類的大門。接下來六十多年里，激光技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域逐漸拓寬，并在焊接、清洗、切割、打標(biāo)等領(lǐng)域中的應(yīng)用取得重要成果。
▲激光類型適用材料
國外激光清洗概念起源較早，從厚銹層到物體表面微細(xì)顆粒都可以去除。21世紀(jì)以來，我國投入大量人力、物力加強(qiáng)對激光清洗技術(shù)研究，伴隨著先進(jìn)激光技術(shù)的發(fā)展，激光器無論是在能量輸出、波長范圍還是在激光品質(zhì)、轉(zhuǎn)能效率上都實(shí)現(xiàn)了飛躍式的發(fā)展。
激光器發(fā)展的同時(shí)也促進(jìn)我國激光清洗技術(shù)的飛速發(fā)展，激光清洗技術(shù)也成為工業(yè)、船舶、航空航天等高端制造領(lǐng)域不可或缺的清洗技術(shù)，包括輪胎模具表面橡膠污物的去除、金膜表面硅油污染物的去除以及微電子行業(yè)的高精密清洗等。
金屬表面的除銹、除漆、除油和除氧化層是激光清洗目前應(yīng)用最多的領(lǐng)域。介于不同激光器在波長、功率等重要參數(shù)上存在的差異，不同材料、污漬對激光器波長、功率等要求不一，在實(shí)際清洗工作中需根據(jù)實(shí)際情況選擇不同的激光清洗方法。
經(jīng)過激光工藝研發(fā)團(tuán)隊(duì)大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，MOPA激光器、復(fù)合激光器是激光清洗市場應(yīng)用最為廣泛的激光器，其次還有少量應(yīng)用的二氧化碳激光器、紫外激光器、連續(xù)激光器。
MOPA脈沖激光清洗 --- 滿足各種材料表面清潔
MOPA 光纖激光系統(tǒng)的諧振腔本身是一根光纖。MO(Master Oscillator)即主振蕩器，是一種低功率激光器，一般選擇合適波長的激光器。低功率激光器 LD(laser Diode)可以通過驅(qū)動電流直接調(diào)制輸出參數(shù)，然后通過尾纖把由 LD 產(chǎn)生的信號光耦合進(jìn) PA(Power Amplifier)功率放大系統(tǒng)進(jìn)行信號光的放大。
MOPA激光器是激光清洗應(yīng)用最為廣泛的一種，由于MOPA 光纖激光系統(tǒng)可以嚴(yán)格按照耦合進(jìn)系統(tǒng)的種子信號源進(jìn)行放大，不會改變激光的相關(guān)特性如中心波長、脈沖波形和脈寬。因此參數(shù)調(diào)節(jié)維度更高，范圍更廣，針對不同材料的不同應(yīng)用場景，適應(yīng)性更強(qiáng)，工藝窗口區(qū)間更大，滿足各種材料表面清潔。
另外，MOPA激光器具有較高的激光能量余量，可以通過改善激光清洗裝置，如加大激光加工光斑，配合智能化系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)激光清洗裝備升級。值得一提的是，由于MOPA激光器具有優(yōu)良的性能和靈活的場景適用性，在新能源電池等新興產(chǎn)業(yè)應(yīng)用尤為廣泛。
▲MOPA激光器在激光清洗中的應(yīng)用
復(fù)合激光清洗 -- 除漆的最佳選擇
激光復(fù)合清洗通過半導(dǎo)體連續(xù)激光作為熱傳導(dǎo)輸出，使待清洗附著物吸收能量產(chǎn)生氣化、等離子云，并在金屬材料和附著物之間形成熱膨脹壓力，降低兩者層間結(jié)合力。當(dāng)激光器輸出高能脈沖激光束時(shí)，產(chǎn)生的振動沖擊波使結(jié)合力不強(qiáng)的附著物直接脫離金屬表面，從而實(shí)現(xiàn)激光快速清洗。
▲動力電池殼體除漆
激光復(fù)合清洗同時(shí)將連續(xù)激光和脈沖激光功能性復(fù)合，形成1+1>2的處理特點(diǎn)。速度快、效率高、清洗品質(zhì)更加均勻，針對不同的材料，還可使用不同波長的激光器同時(shí)進(jìn)行清洗以達(dá)到清除污漬的目的。
▲發(fā)卡電機(jī)除漆
目前，激光復(fù)合清洗被廣泛應(yīng)用在船舶、汽修、橡膠模具、高端機(jī)床、軌道以及環(huán)保等領(lǐng)域，有效清除物件表面樹脂、油漆、油污、污漬、污垢、銹蝕、涂層、鍍層以及氧化層。
例如，在較厚涂層材料激光清洗中，單一激光多脈沖能量輸出量大，成本高，采用脈沖激光-半導(dǎo)體激光復(fù)合清洗，可快速、有效提高清洗質(zhì)量，且不造成基材損傷;在鋁合金等高反射材料激光清洗中，單一激光存在反射率大等問題，采用脈沖激光-半導(dǎo)體激光復(fù)合清洗，在半導(dǎo)體激光熱導(dǎo)傳輸?shù)淖饔孟?，增大金屬表面氧化層能量吸收率，使脈沖激光束能夠更快剝離氧化層，從而更有效的提高清除效率，尤其除漆效率提高2倍以上。
二氧化碳激光清洗 --- 清除非金屬材料的不二選擇
二氧化碳激光器是以CO2氣體作為工作物質(zhì)的氣體激光器，里面充以CO2氣體和其他輔助氣體(氦氣和氮?dú)庖约吧倭康臍浠螂瘹?，具有較好的方向性、單色性和頻率穩(wěn)定性。由于放電管通常由玻璃或石英材料制成，常見的CO2激光器有玻璃管CO2激光器和金屬射頻管CO2激光器兩種。
▲除膠
基于本身具有的獨(dú)特波長，CO2激光器是除膠、除涂層、除油墨等非金屬材料表面清洗的不二選擇。例如，使用 CO2激光器去除鋁合金表面的復(fù)合漆層，既不損傷陽極氧化膜表面，又不令其厚度減小。激光在3C產(chǎn)業(yè)PCB油墨清洗、新能源動力電池極片軋輥膠清洗、軟包極耳封口有著豐富的激光清洗解決方案，能夠?yàn)榭蛻籼峁┒ㄖ苹枨蟆?/span>
▲軟包極耳封口除膠
紫外激光清洗 --使用精密器件
用于激光微細(xì)加工的紫外激光器主要有準(zhǔn)分子激光器和全固態(tài)激光器。紫外激光波長短，單光子能量高，能夠直接打斷材料間連接的化學(xué)鍵，材料以氣態(tài)或微粒的形式被剝離表面，加工過程中產(chǎn)生的熱影響區(qū)小，在微細(xì)制造中具有獨(dú)特優(yōu)勢，如 Si、GaN 等半導(dǎo)體材料，石英、藍(lán)寶石等光學(xué)晶體，以及聚酰亞胺(PI)、聚碳酸酯(PC)等高聚物材料，能夠有效提高制造品質(zhì)。
▲芯片引腳清洗
紫外激光被認(rèn)為是精密電子領(lǐng)域最佳的激光清洗方案，其最有特點(diǎn)的精細(xì)“冷”加工技術(shù)在不改變物體物理性質(zhì)的同時(shí)，對表面進(jìn)行微加工和處理，能廣泛應(yīng)用于通訊、光學(xué)、軍事、刑偵、醫(yī)療等各個行業(yè)和領(lǐng)域。例如，5G 時(shí)代催生了 FPC 加工市場需求。紫外激光機(jī)的應(yīng)用讓 FPC 等材料的精密冷加工成為可能。
連續(xù)光纖激光清洗 --- 清除金屬表面浮銹
連續(xù)光纖激光器工作原理是由泵浦源發(fā)出的泵浦光通過一面反射鏡耦合進(jìn)入增益介質(zhì)中，由于增益介質(zhì)為摻稀土元素光纖，因此泵浦光被吸收，吸收了光子能量的稀土離子發(fā)生能級躍遷并實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)后的粒子經(jīng)過諧振腔，由激發(fā)態(tài)躍遷回基態(tài)，釋放能量，并形成穩(wěn)定的激光輸出，最大優(yōu)勢是可以連續(xù)出光。
▲焊后清洗
實(shí)際激光清洗應(yīng)用中，連續(xù)光纖激光器應(yīng)用較少，但也有少量應(yīng)用，例如一些大型鋼結(jié)構(gòu)、管道等，由于體積大散熱快，對基材損傷要求不高，則可以選擇連續(xù)激光器。
▲除銹
值得一提的是，隨著環(huán)形光斑技術(shù)的突破及穩(wěn)定，具備工藝調(diào)整方便，操作簡單等優(yōu)勢的環(huán)形光纖激光器在焊接、清洗領(lǐng)域得到廣泛普及，經(jīng)過激光工藝中心工程師大量實(shí)驗(yàn)證明，該技術(shù)用于除浮銹，能極大地提高清洗效率。
綠色智造大勢所趨，隨著科技的進(jìn)步以及環(huán)保要求的提高，激光清洗將會更深度更全面的參與到中國制造業(yè)產(chǎn)業(yè)迭代的過程中，成為行業(yè)清潔生產(chǎn)的主力清潔方式。激光秉持聯(lián)合共贏、智造未來的理念，針對各行各業(yè)焊接、清洗需求，有著豐富的激光裝備解決方案!
來源：激光行業(yè)觀察