激光焊接和切割技术已经发展了很多年，而激光清洗在表面上看则是一项相对较新的技术。尽管激光清洗能够有效去除多种有机物（如口香糖），但它在工业清洗中的应用直到最近才开始逐渐普及。随着激光设备的进步和激光清洗技术的不断提升，我相信这项技术将在各类清洁领域得到更广泛的应用。

激光清洗技术是近十年来迅速兴起的一种新型清洁方法，逐步取代了许多领域的传统清洗手段。本文将讨论激光清洗的工作原理及其几种典型应用，展示激光清洗作为一种“绿色”清洁技术的巨大发展潜力。

一、激光清洗的原理是利用高能激光束照射物体表面，使污染物或涂层迅速加热并气化或剥离，从而达到清洁目的。这一过程不仅高效，还能在不损伤基材的情况下去除污垢。

激光具有高亮度、高方向性、高单色性和高相干性等特点，这些是普通光源所无法比拟的。通过激光的高亮度，经过镜头的聚焦，可以在焦点区域产生数千万甚至数万度的温度。激光的高方向性使其能够有效地进行远距离传输。此外，激光的单色性强，波长单一，这为聚焦和波长的选择提供了便利。

从清洗机制的角度来看，激光清洗可以分为两种类型：第一种是通过清洗基板（也称为母体）与表面附着物（如污垢）对特定波长的激光能量进行高度吸收。大部分照射到表面的激光被附着物吸收后，会导致其加热或蒸发，甚至迅速膨胀，最终形成的蒸汽流会将附着物带走，实现清洁效果。这种激光波长对基板的吸收能量较小，因此不会对其造成损伤。在这种激光清洗过程中，选择合适的波长和控制激光能量是确保安全与高效清洗的关键所在。

第二种清洗方法适用于基板与表面附着物之间的激光能量吸收系数差异不大，或者当基板容易受到涂层加热产生的酸性蒸汽影响时，或者涂层加热后可能释放有毒物质。此种清洗方式通常利用高功率、高重复率的脉冲激光对待清洗的表面进行冲击，促使部分激光转化为声波。当声波作用于坚硬表面时，由激光产生的声波会引发局部小型爆炸，从而将涂层击碎并磨成粉末，这些粉末随后通过真空泵被清除，确保基板底部不受损坏。

与传统的机械摩擦清洗、化学腐蚀清洗、液体固体强冲击清洗以及高频超声清洗相比，激光清洗展现出明显的优势。它具有高效率、快速性和低成本的特点，同时热负荷和机械负荷较小，能够实现无损清洁。激光清洗产生的废物可回收，不会对环境造成污染，且安全可靠，不会危害操作人员的健康。此外，它具备多功能性，能够去除不同厚度和成分的涂层，同时清洗过程方便实现自动控制和远程操作。

二、激光清洗技术是一种利用激光束去除表面污垢、氧化物和其他杂质的先进方法。

激光清洗主要有四种方法：1. 激光干洗法，直接用脉冲激光对污染物进行辐射清除；2. 激光液膜法，先在基材表面涂一层液膜，然后用激光进行辐射以去除污垢；3. 激光惰性气体法，激光辐射的同时喷射惰性气体，当污垢剥离后，气体能够立刻将其吹走，防止表面再次被污染或氧化；4. 利用激光松动污垢后，结合无腐蚀性化学清洗方法进行清洁。目前，前三种方法应用较广，而第四种方法主要用于石材文物的清洁。

三、激光清洗的应用领域包括以下几个方面：

由于石雕和古代高档石材艺术品的表面结构细致且易受损，激光清洗技术最早被广泛应用于这些领域。研究表明，激光在清除石材文物表面污垢时具有明显的优势。激光能够精准控制光束在复杂表面上的移动，同时在不伤害文物的情况下有效去除污垢。举例来说，1992年9月，为庆祝联合国教科文组织成立20周年，该组织对亚眠大教堂进行了修复工作。大教堂西侧的圣母门上精美的大理石雕刻是此次修复的重点。在为期一年的修复过程中，使用激光技术成功去除了覆盖在大理石雕刻上的数毫米厚的黑色污垢，恢复了大理石的原始色泽，让精致的雕刻重现光辉。又如，英国的英斯布伦蒂尔石雕收藏在经过激光清洗后，同样取得了显著效果。图1中可见，奥地利的文物保护工作者正在使用关节臂的YAG激光对14世纪中叶的圣斯蒂芬大教堂的石雕进行清理。

人们利用电子显微镜观察经过激光清洗的石雕表面，发现石材的结构保持不变，清洗后的表面平滑且完整，没有出现任何损伤。这与通过微粒喷射法（喷砂法）清洗后表面状态大相径庭。尤其是在已经存在硫酸盐垢层的大理石表面，结构损害是不可避免的。电子显微镜的观察结果还表明，经过激光照射后，石材表面下的岩石材料特性并未恶化或发生变化。目前，激光清洗技术已被应用于大理石等高档石材表面的污垢清洗，成为一种前景广阔的新兴商业项目。除了清洗石材外，激光清洗在清理玻璃、石英、金属、模具、牙齿、芯片、电极、磁头、磁盘以及各种微电子产品方面也表现出良好的效果，并已逐渐得到应用。

四、激光清洗效率的研究与分析

此外，该行业定期使用激光对模具进行清洗，以确保产品的质量。以激光清洗轮胎模具为例，可以比较激光清洗与脱机喷砂清洗和干冰清洗的经济效益。激光清洗技术具有许多优势，例如清洗速度快、劳动强度低、不会造成磨损，并且对操作人员安全。但是，设备的初期投资较高，大约需要30万到60万美元，因此厂方需要制定一个综合的投资回收计划。典型的JET激光系统在18个月内可以实现投资回收。潜在的收益包括缩短硫化停工时间、降低劳动力成本、减少模具磨损以及降低生产成本。

例如，若设备每天生产20000个轮胎，且需要每天清洗8台硫化机（即16台模具），假设每班次清洗3台硫化机，或每天清洗9台硫化机（部分工厂会进行两次清洗），则大约需要15小时的操作时间和10小时的停机时间。在友谊竞赛机上拆下模具进行脱机清洗时，如果采用激光清洗半模具，操作时间仅需0.3小时，停机时间则需3小时，这样就可为清洗硫化机节省14小时的运行时间和7小时的停机时间。假设进行10次清洗（5台友谊硫机），其中5次在模具车间进行，激光清洗将会带来显著的收益：每天可节省70小时的操作时间和35小时的停机时间，若按每年320天计算，全年可增加22400小时的运行时间和11200小时的停机时间。

还需计算激光清洗设备的维护费用。该设备每周需要进行30分钟的维护，以清除激光镜头和过滤器上的积聚残留物，而主要部件则每四周维护60分钟。根据制造商的要求，设备还需每六个月进行定期维护，并对激光系统进行测试。与激光机架类似，大多数机械部件的使用寿命超过10年，某些激光部件在运行约3000小时后则需更换。在常规的预防性维护期间，可以在现场更换这些零件。此外，激光设备还附带一年的保修服务，涵盖易损件的更换和常用备件的提供，最终的运营成本大约为每小时4至8美元。另外，所有设备均配备调制解调器，以便制造商提供远程服务。

综合以上因素，激光清洗技术的经济效益总体表现非常显著。