世界上第一臺激光器誕生于1960年，由美國科學(xué)家西奧多·哈羅德·梅曼教授利用紅寶石研發(fā)。此后，應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域的激光器相繼問世。激光技術(shù)的推廣極大地促進(jìn)了醫(yī)療、裝備制造、精準(zhǔn)測量和再制造工程等領(lǐng)域的飛速發(fā)展，加快了社會(huì)進(jìn)步的步伐。

在清洗領(lǐng)域，激光技術(shù)的應(yīng)用更是取得了重要成果。與傳統(tǒng)的清洗方法（如機(jī)械摩擦、化學(xué)腐蝕和高頻超聲）相比，激光清洗技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化運(yùn)行。其具有工作效率高、成本低、對環(huán)境無污染、對基材無損傷和材料的適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，完全符合綠色、環(huán)保的加工理念，被認(rèn)為是是目前最可靠、有效的清洗方式。

激光清洗為機(jī)械零部件的檢測和加工提供了必要的前提條件，采用激光清洗技術(shù)可以有效地控制基體表面形貌和表面粗糙度，實(shí)現(xiàn)基材清洗后性能的提升，也可應(yīng)用于大型零部件制造、表面處理或者再制造領(lǐng)域。雖然目前激光清洗還沒有完全取代傳統(tǒng)的清洗方式，但隨著國家對制造業(yè)節(jié)能、減排等環(huán)保意識的提高，激光清洗將以它獨(dú)特的優(yōu)勢逐漸走進(jìn)人們的生活。

01 激光清洗原理

激光清洗利用激光光束的大能量密度、方向可控和匯聚能力強(qiáng)等特性，通過高能激光束照射工件表面，破壞污物、銹斑或涂層與基體之間的結(jié)合力，或者使污染物直接氣化，從而進(jìn)行脫污，降低污染物與基體的結(jié)合強(qiáng)度，進(jìn)而達(dá)到清洗工件表面的作用。激光清洗原理圖如圖１所示。當(dāng)工件表面污染物吸收激光的能量后，其快速氣化或瞬間受熱膨脹后克服污染物與基體表面之間的作用力，隨著受熱能量升高，污染物粒子進(jìn)行振動(dòng)后，從基體表面脫落。

圖 1  激光清洗原理圖

整個(gè)激光清洗過程大致分為四個(gè)階段，即激光氣化分解、激光剝離、污染物粒子熱膨脹、基體表面振動(dòng)和污染物脫離。當(dāng)然，在應(yīng)用激光清洗技術(shù)時(shí)還要注意被清洗對象的激光清洗閾值，選擇合適的激光波長，進(jìn)而達(dá)到最佳的清洗效果。激光清洗能夠在不損傷基體表面的前提下，使基材表面的晶粒結(jié)構(gòu)和取向改變，并且還能夠?qū)�基體表面粗糙度進(jìn)行控制，從而增強(qiáng)基體表面的綜合性能。清洗效果主要受光束特性、基底與污物材料的物性參數(shù)和污物對光束能量的吸收能力等因素影響。

目前，激光清洗技術(shù)包括干式激光清洗技術(shù)、濕式激光清洗技術(shù)和激光等離子體沖擊波技術(shù)等三種清洗方式。

1、干式激光清洗即脈沖激光直接照射清洗工件，使基底或表面污染物吸收能量溫度升高，產(chǎn)生熱膨脹或基底熱振動(dòng)，進(jìn)而使二者分離。該方法大致分為2種情況：一種是表面污染物吸收激光膨脹；另一種是基底吸收激光產(chǎn)生熱振動(dòng)。

2、濕式激光清洗是在脈沖激光照射待洗工件前，先進(jìn)行表面預(yù)涂液膜，在激光的作用下液膜溫度快速升高而汽化，汽化的瞬間產(chǎn)生沖擊波，作用在污染物顆粒中，使其從基體上脫落。此方法要求基體與液膜不能發(fā)生反應(yīng)，故限制了應(yīng)用材料的范圍。

3、激光等離子體沖擊波是在激光照射過程中擊穿空氣介質(zhì)而產(chǎn)生球狀等離子體沖擊波，沖擊波作用在待洗基體表面并且釋放能量將污染物去除；由于激光未作用于基體，因此對基體不產(chǎn)生傷害。激光等離子體沖擊波清洗技術(shù)現(xiàn)已可以清洗幾十納米粒徑的顆粒污染物，并且對激光波長沒有限制。

在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)需要具體選擇不同的試驗(yàn)方法和相關(guān)參數(shù)，來獲得優(yōu)質(zhì)的清洗工件。在激光清洗過程中，表面清洗效率與質(zhì)量評定是確定激光清洗技術(shù)好壞的重要衡量標(biāo)準(zhǔn)。

02 激光清洗發(fā)展趨勢

在“碳達(dá)峰”、“碳中和”等背景下，激光清洗作為一種綠色、高效的清洗方式，正逐漸受到市場的歡迎，成為全球清洗市場發(fā)展的大趨勢。據(jù)市場研究公司Mordor Intelligence的報(bào)告顯示，2024年全球激光清洗市場規(guī)模預(yù)計(jì)為7.8億美元，到2029年將達(dá)到15.3億美元，2024-2029年間的復(fù)合年均增長率高達(dá)14.61%。這一趨勢的背后，離不開激光清洗技術(shù)自身的獨(dú)特優(yōu)勢。相較于傳統(tǒng)工業(yè)清洗方法，激光清洗主要有以下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：

（1）綠色環(huán)保，激光清洗過程中消除的廢料是固體粉末狀的，體積小，基本上不污染環(huán)境。此外，清洗過程中不需要清潔液或其他化學(xué)溶液，且清潔度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于化學(xué)清洗工藝；

（2）相比于傳統(tǒng)機(jī)械接觸清洗方法，激光與待洗物沒有物理接觸，清洗造成的基體損傷非常��；

（3）清洗效率高；

（4）激光清洗可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，設(shè)備運(yùn)行成本低，配合機(jī)械臂可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、柔性、精準(zhǔn)清洗；

（5）清除污染物的范圍和適用的基材十分廣泛。

圖 2 激光清洗與傳統(tǒng)清洗對比

03 激光清洗應(yīng)用場景

隨著人們對綠色環(huán)保、高精度和高效率清洗要求的提高，激光清洗技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用也得到了越來越廣泛的關(guān)注。目前，激光清洗技術(shù)已在微電子、軌道交通、航空、文物修復(fù)、新能源等領(lǐng)域獲得了應(yīng)用。以下著重對新能源動(dòng)力電池激光清洗（電池外殼毛化）應(yīng)用進(jìn)行介紹。

在電池制造中，電池表面處理是個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，此前采用藍(lán)膜包裹技術(shù)，藍(lán)膜包裹技術(shù)存在塑料耗材。作為塑料易燃物，動(dòng)力電池一旦起火，藍(lán)膜還會(huì)助燃，安全性能低。

而今進(jìn)行工藝升級，采用噴涂特殊材料來達(dá)到更好的絕緣、防銹、耐高溫的效果，而噴涂前需要對電池表面進(jìn)行毛化，使電池表面有更好的附著能力。該毛化的工序則采用了激光劃線的方式實(shí)現(xiàn)。激光毛化能夠靈活調(diào)控電池表面的毛化效果，并具備對極柱部位進(jìn)行避空處理的能力。下圖為鋰電池毛化示意圖：

圖 3 鋰電池毛化示意圖

該工藝制程采用金橙子激光控制系統(tǒng)，以下為金橙子激光控制系統(tǒng)組成示意圖：

圖 4 激光控制系統(tǒng)組成

圖 5 核心技術(shù)

金橙子激光毛化系統(tǒng)的功能特點(diǎn)：

圖 6 軟件界面

1多頭飛行同步加工，最多可控制32個(gè)振鏡拼接加工

2支持方形電池、圓柱電池毛化

3支持靜態(tài)、飛行工作模式

4支持極柱位置避空

5支持PLC、MES對接，匹配產(chǎn)線自動(dòng)化加工流程

轉(zhuǎn)自：金橙子科技

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