定义
通过施加强激光辐射从表面去除不需要的物质。
激光清洁有多种方法，这意味着通过施加强激光从表面上去除不需要的物质（例如污垢、油漆、氧化层、污染物）。 它可以被视为激光烧蚀在广泛行业中的特殊应用，包括制造和维护操作。
工作原理
激光清洗的基本原理
光的吸收产生热量，强烈的加热导致材料的烧蚀。
从本质上讲，激光清洁是应用于某些工件上某种不需要的物质的激光烧蚀。 通常，被击中的材料表现出对入射强烈激光的大量吸收。 光能到热量的高度局部转换导致温度上升非常快，从而导致材料蒸发 - 可能还涉及材料的部分或完全化学破坏。 局部加热产生的强烈温度梯度会产生大量的机械应力，这通常支持去除过程。
激光辐射通常需要紧密聚焦到目标区域的表面，因为所需的烧蚀过程仅在一定强度阈值以上工作。 清洁可以在相对较低的平均功率下进行，但随后需要紧密聚焦，这反过来又会导致更长的处理时间。 如果有更高的激光功率，则可以使用在一个方向上拉长得多的光束形状，以便一次性清洁相应更宽的条纹。 通常，激光束被系统地移动到要清洁的表面上，用合适的图案覆盖相关区域。
激光辐射的选择性吸收对于有效清洁非常有用，而不会产生破坏性的副作用。
在许多情况下，与应该保留的吸收性较低的基材材料相比，人们利用了要去除的材料中更强的吸收。 然后，可能会超过污垢烧蚀的强度阈值，而基板材料则未达到强度阈值。 基材在其他方面通常更坚固，例如硬度或导热性，这进一步有助于。
有时，激光束聚焦得太紧，以至于光束聚焦后方纵向位置的强度迅速降低，可能会引入额外的选择性。 浅光束入射也有帮助。
在将清洁过程应用于其他情况时，可能需要调整光束参数，如波长、平均功率、聚焦光束直径等。
用于清洁的激光器
什么样的激光器适合清洁过程？
通常使用纳秒甚至更短脉冲持续时间的脉冲激光器进行清洁，因为与连续波操作相比，这会导致清洁材料上的热负荷较低（“冷烧蚀”）。 为了获得足够高的处理速度，通常需要高脉冲重复率。 通常使用脉冲光纤激光器和更传统的调Q固态激光器。 在某些情况下，人们使用准分子激光，因为紫外线在某些材料中吸收得特别好。
还使用一些连续波高功率激光器。 例如，直接二极管激光器具有吸引力，因为它们具有高壁插效率和相对较低的安装成本，尽管它们产生脉冲的潜力非常有限。一氧化碳2激光器，部分在连续波运行中，也仍在使用。 它们的优点之一是对眼睛的风险较低（例如，如果有一些杂散光）。
激光清洗机的特点
各种激光清洗机可用于工业应用。 一些典型特征：
- 一些机器具有手持式清洁头，而其他机器具有自动化（可能是机器人）机械，例如在计算机控制的定位设备上使用加工头。
- 通常，有一些抽吸装置用于去除烧蚀的材料并避免人员暴露于有毒烟雾中。 例如，可以使用吸入管中的受控气流来做到这一点。 激光束本身可以通过该管施加。
- 有运输机制，或与传送带集成，用于随后处理许多工件。
- 固定式机器通常具有合适的封闭装置，为站在附近的人员提供足够的激光辐射保护。
- 过程诊断可能很有用，例如基于相机。
- 这些机器可以与其他生产过程集成。
激光清洗的典型吸引力和局限性
虽然激光清洗的优点和局限性在很大程度上取决于具体情况，但一些典型的优势（例如，与传统技术相比，如刷涂、喷砂、使用化学溶剂等）如下：
清洁结果通常处于高质量水平。
- 上述选择性去除大大降低了非自愿去除某些基材的风险。 不会受到其他物质的污染，也不会因磨损而损坏表面。 由于这些原因，激光甚至可以清洁非常脆弱的表面。
- 与传统的清洁方法相比，通过用空气提取烟雾来安全地收集烧蚀的材料也可能更容易。 在其他清洁过程中，去除的材料通常会污染工具，并可能沉积在工件上的其他位置。
- 清洁可以具有很强的针对性，即可靠地应用于工件的某些部分，而不会影响其他部分。 此外，甚至可以将清洁应用于工件上难以用其他方式接近的位置。
- 不需要细沙、化学溶剂或刷子等消耗品，并且使用过的工具会磨损。
- 激光清洗方法通常可以很好地集成到更复杂的自动化制造工艺中。
- 人们经常强调，与其他清洁方法相比，激光清洁工艺更环保。 这在很大程度上取决于具体情况，但各种因素，例如避免使用消耗品，例如有毒溶剂，更有限的废物产生以及避免强烈的噪音确实非常有帮助。
另一方面，也存在典型的限制：
- 与基板相比，并不总是给出污垢对激光的更强吸收。 虽然这通常适用于金属，但例如聚合物部件通常更难用激光清洁。
- 所需的激光清洗设备相对昂贵。 然而，这一缺点可能会被较低的运营成本所抵消。
当需要昂贵的维护或维修时，激光清洗机的运营成本可能很高！
- 与其他清洁工具相比，激光器往往不太坚固且寿命长。 虽然保养间隔可能相对较长，但偶尔需要的维护或维修可能很昂贵。
- 通常需要的高激光功率导致激光安全的挑战，可能需要通过额外的措施来解决。 例如，工作人员可能需要佩戴激光防护护目镜，不幸的是，这可能会使看到细节变得更加困难，同时也并不总是非常舒适。
- 此外，还有一些能耗 - 通常高于机械清洁方法，尽管通常没有真正的问题水平。
在某些学科中，与其他清洁技术的比较结果可能会有很大差异：
- 加工速度可能高或低，很大程度上取决于情况，包括可用的激光功率。 清洁头在表面上的单个路径通常就足够了，但清洁头可能需要非常缓慢地移动。
- 运营成本也太取决于情况，无法作一般性陈述。 虽然电力消耗成本通常适中，但激光系统和光束传输系统可能会产生大量的维护成本。 其他方法的运营成本也有很大差异。
激光清洗的应用
激光清洗是在完全不同的情况下使用的;下面解释了最重要的激光清洗应用。
工厂工业工件的清洁
在许多工业制造工艺中，例如由某些金属（钢、铸铁、黄铜等）、玻璃或陶瓷材料组成的工件需要去除不需要的物质层，如油漆或其他涂层、油膜、氧化层（例如铁锈）或可能定义不明确的污垢。 此类任务涉及广泛的行业，包括汽车制造、电子、医疗技术、航空航天和国防、塑料制造和发电厂。 根据具体情况，使用手持式或高度自动化的清洁机。
天然气和石油管道
天然气和石油管道的内侧可能会受到各种沉积物的影响，偶尔需要拆除。 这是通过自动清洁机器人完成的，它可以应用不同的技术，包括激光清洁。 在这里，激光清洗的一个具体优点是不需要消耗品，这些耗材可能需要在偏远地区供应并通过长长的管道运输;只需要提供所需的电能。
航空航天和船舶
船体和各种特殊部件，例如螺旋桨，需要定期清洁，因为它们受到水中各种物质沉积的强烈影响。 在这里，强大的激光清洗机可以帮助有效，快速地完成此类工作。
飞机也存在类似的任务，其中大表面积和各种特殊部件需要保持合理的清洁。 清洁操作可以与寻找材料缺陷相结合。
除维护外，飞机或船舶零件的许多生产步骤都需要清洁过程。
敏感工艺的准备
各种工业过程，如粘合工艺、涂层应用或半导体光刻，只有在仔细清洁的表面上才能可靠地工作。 在这里，激光清洗通常可以提供很好的解决方案。
艺术品修复
珍贵的古代艺术品（例如户外雕像、纪念碑、石雕）经常受到空气污染的严重影响，例如灰尘或烟尘颗粒的沉积。 在不损坏工作的情况下清除此类污垢可能具有挑战性。 在这里，高度针对性的应用（例如，仅在仔细的视觉控制下的特定点）和选择性吸收（例如，在较浅的背景上去除深色污垢颗粒）都非常有帮助。
