効率的で環境に優しい洗浄方法として、レーザー洗浄技術レーザー洗浄は、従来の化学洗浄や機械洗浄に徐々に取って代わりつつあります。国の環境保護要件がますます厳しくなり、工業製造分野における洗浄品質と効率の追求が続く中、レーザー洗浄技術の市場需要は急速に拡大しています。主要製造国である中国は巨大な工業基盤を有しており、レーザー洗浄技術の幅広い応用に十分な余地があります。航空宇宙、鉄道輸送、自動車製造、金型製造などの産業では、レーザー洗浄技術が広く利用されており、徐々に他の産業にも拡大しています。
ワークピース表面洗浄技術は、多くの分野で広く利用されています。従来の洗浄方法は接触洗浄であることが多く、洗浄対象物の表面に機械的な力を加えるため、対象物の表面を損傷したり、洗浄剤が対象物の表面に付着して除去できなくなり、二次汚染を引き起こしたりすることがあります。近年、国は環境に優しい新興産業の発展を提唱しており、レーザー洗浄はその最良の選択肢です。レーザー洗浄は非研磨性で非接触性であるため、これらの問題を解決します。レーザー洗浄装置は様々な材質の対象物の洗浄に適しており、最も信頼性が高く効果的な洗浄方法と考えられています。
レーザー洗浄原理
レーザー洗浄とは、洗浄対象物の該当箇所に高エネルギー密度のレーザー光を照射し、汚染層と基材にレーザー光を吸収させることで、光剥離や蒸発などのプロセスを経て、汚染物質と基材との接着を破壊し、対象物の表面から汚染物質を除去することで、対象物自体を損傷することなく洗浄を実現する手法です。
図1：レーザー洗浄の概略図。
レーザー洗浄の分野において、ファイバーレーザーは、その超高効率な光電変換効率、優れたビーム品質、安定した性能、そして持続可能な発展性により、レーザー洗浄用光源として圧倒的な地位を確立しています。ファイバーレーザーは、パルスファイバーレーザーと連続ファイバーレーザーの2種類に分けられ、それぞれマクロ材料加工と精密材料加工において市場をリードする存在となっています。
図2：パルスファイバーレーザーの構造。
パルスファイバーレーザーと連続ファイバーレーザーの洗浄用途比較
レーザー洗浄の新たな用途において、市場に出回っているパルスレーザーと連続レーザーを前に、多くの人が少々戸惑うかもしれません。パルスファイバーレーザーと連続ファイバーレーザー、どちらを選ぶべきでしょうか？以下では、2種類のレーザーを用いて2種類の材料の表面から塗料を除去する実験を行い、最適なレーザー洗浄パラメータと最適化された洗浄効果を比較します。
顕微鏡観察によると、高出力連続ファイバーレーザーで加工された板金は再溶融している。MOPAパルスファイバーレーザーで鋼材を加工した場合、母材の損傷はわずかで、母材の組織は維持される。一方、連続ファイバーレーザーで鋼材を加工した場合、深刻な損傷と溶融物が生じる。
MOPAパルスファイバーレーザー（左）CWファイバーレーザー（右）
パルスファイバーレーザー（左）連続ファイバーレーザー（右）
上記の比較から、連続ファイバーレーザーは熱入力が大きいため、基板の変色や変形を容易に引き起こすことがわかります。基板の損傷に対する要求が高くなく、洗浄対象材料の厚さが薄い場合は、このタイプのレーザーを光源として使用できます。パルスファイバーレーザーは、高ピークエネルギーと高繰り返し周波数のパルスを利用して材料に作用し、洗浄対象材料を瞬時に蒸発させて振動させて剥離します。熱影響が小さく、適合性が高く、精度が高く、さまざまなタスクを実行できます。基板の特性を破壊します。
この結論から、高精度が求められる場合、基板の温度上昇を厳密に制御する必要があり、塗装アルミニウムや金型鋼など、基板の非破壊性が求められる用途では、パルスファイバーレーザーを選択することが推奨されます。一方、大型の高強度アルミニウム合金材料や円形パイプなど、サイズが大きく放熱が速く、基板の損傷に対する要求が低いものについては、連続ファイバーレーザーを選択できます。
In レーザー洗浄洗浄ニーズを満たしつつ基材への損傷を最小限に抑えるためには、材料条件を総合的に考慮する必要があります。実際の作業条件に応じて、適切なレーザー光源を選択することが極めて重要です。
レーザー洗浄が大規模応用されるには、新技術と新プロセスの革新が不可欠です。Mavenは今後もレーザー＋というポジショニングを堅持し、着実に開発ペースをコントロールしながら、上流の中核となるレーザー光源技術の深化に努め、レーザー材料や部品の重要課題の解決に注力することで、先進的な製造業の原動力となることを目指します。
投稿日時：2024年5月7日
