レーザー洗浄は、さまざまな材質やサイズの固体表面に付着した汚れ粒子や膜層を除去する効果的な方法です。高輝度で指向性に優れた連続またはパルスレーザーを用い、光学的集束とスポット整形によってレーザービームの特定のスポット形状とエネルギー分布を形成し、洗浄対象の汚染物質の表面に照射します。付着した汚染物質はレーザーエネルギーを吸収し、振動、溶融、燃焼、さらには気化などの一連の複雑な物理化学プロセスを経て、最終的に汚染物質を表面から除去します。洗浄対象表面にレーザーが作用しても、大部分は反射されるため、基材に損傷を与えることなく洗浄効果が得られます。以下の写真：ねじ山表面の錆除去と洗浄。
レーザー洗浄は、さまざまな分類基準に従って分類できます。たとえば、レーザー洗浄プロセスで基材表面に液体膜を塗布するかどうかによって、乾式レーザー洗浄と湿式レーザー洗浄に分けられます。前者は汚染物質表面にレーザーを直接照射するもので、後者は洗浄面に水分または液体膜を塗布する必要があります。湿式レーザー洗浄は効率が高いですが、液体膜を手動で塗布する必要があり、液体膜の組成が基材自体の性質を変えてはならないという制約があります。したがって、乾式レーザー洗浄技術と比較すると、湿式レーザー洗浄は適用範囲にいくつかの制限があります。乾式レーザー洗浄は現在最も広く使用されているレーザー洗浄方法で、レーザービームを使用してワークピースの表面を直接照射し、粒子や薄膜を除去します。
レーザDry C傾く
レーザードライクリーニングの基本原理は、粒子と材料基材にレーザーを照射し、吸収された光エネルギーを瞬時に熱に変換することで、粒子または基材、あるいはその両方が瞬時に熱膨張し、粒子と基材の間に瞬時に加速度が発生し、その加速度によって発生した力が粒子と基材間の吸着を克服し、粒子が基材表面から剥離するというものです。
レーザードライクリーニングの吸収方法の違いにより、レーザードライクリーニングは主に以下の2つの形態に分類できます。
1.Fまたは、粉塵粒子の融点が母材（またはレーザー吸収率の差）よりも高い場合：粒子がレーザー照射を吸収する度合いが基板の吸収よりも強い場合（a）、またはその逆の場合（b）、粒子はレーザー光エネルギーを熱エネルギーに変換して吸収し、粒子の熱膨張を引き起こします。熱膨張量は非常に小さいですが、熱膨張は非常に短時間で起こるため、基板上に大きな瞬間的な加速度が生じます。同時に、基板は粒子に対して反作用し、その力は相互吸着力を克服するため、粒子は基板から離れます。この原理の概略図を図1に示します。.
2. 低沸点の汚れの場合：表面の汚れがレーザーエネルギーを直接吸収し、瞬間的に高温で沸騰蒸発し、直接蒸発して汚れを除去します。原理は図2に示すとおりです。
レーザWet C傾くP原則
レーザー湿式洗浄はレーザー蒸気洗浄とも呼ばれ、乾式洗浄とは異なり、洗浄対象物の表面に数ミクロン厚の薄い液膜または媒体膜が存在する状態で行われます。レーザー照射により液膜の温度が瞬時に上昇し、気化反応によって大量の気泡が発生します。発生した気化爆発は、粒子と基材の衝突によって吸着力を克服します。粒子、液膜、基材に対するレーザー波長の吸収係数が異なるため、レーザー湿式洗浄は3種類に分類できます。
1.基板によるレーザーエネルギーの強い吸収
基板と液膜にレーザー光を照射すると、基板によるレーザー光の吸収率は液膜による吸収率よりもはるかに大きいため、下図に示すように、基板と液膜の界面で爆発的な蒸発が生じる。理論的には、パルス幅が狭いほど、接合部で過熱状態が発生しやすくなり、結果として爆発的な衝撃が大きくなる。
2. 液体膜によるレーザーエネルギーの強い吸収
この洗浄の原理は、液膜がレーザーエネルギーの大部分を吸収し、液膜表面で爆発的な蒸発が起こるというものです（下図参照）。このとき、液膜表面への爆発の影響が大きいため、基板吸収の場合ほどレーザー洗浄効率は高くありません。一方、基板吸収の場合、気泡や爆発は基板と液膜の境界面で発生し、爆発的な衝撃によって粒子が基板表面から押し出されやすくなるため、基板吸収洗浄の方が洗浄効果が高いと言えます。
3.基板と液体膜の両方がレーザーエネルギーを吸収する
この時点では、洗浄効率は非常に低い。レーザーを液膜に照射した後、レーザーエネルギーの一部が吸収され、そのエネルギーは液膜内部に分散し、液膜が沸騰して気泡が発生する。残りのレーザーエネルギーは液膜を透過して基板に吸収される（図参照）。この方法では、爆発が起こる前に沸騰気泡を発生させるためにより多くのレーザーエネルギーが必要となる。そのため、この方法の効率は非常に低い。
基板吸収を利用した湿式レーザー洗浄では、レーザーエネルギーの大部分が基板に吸収されるため、液膜と基板の接合部が過熱し、界面に気泡が発生します。乾式洗浄と比較すると、湿式洗浄では、接合部の気泡の爆発による衝撃でレーザー洗浄を行います。また、液膜に一定量の化学物質を添加し、汚染粒子と化学反応させることで、粒子と基板間の吸着力を低減し、レーザー洗浄の閾値を下げることも可能です。そのため、湿式洗浄は洗浄効率をある程度向上させることができますが、同時にいくつかの課題もあります。液膜の導入により新たな汚染が発生する可能性があり、液膜の厚さを制御するのが難しいという問題があります。
要因A影響するQ品質LサーC傾く
効果LサーW平均長さ
レーザー洗浄の前提はレーザー光の吸収であるため、レーザー光源の選択においては、まず洗浄対象物の光吸収特性を考慮し、適切な波長のレーザーを光源として選択する必要があります。また、海外の科学者による実験研究では、同じ特性を持つ汚染粒子を洗浄する場合、波長が短いほどレーザーの洗浄能力が高まり、洗浄閾値が低くなることが示されています。したがって、洗浄の有効性と効率性を向上させるためには、材料の光吸収特性という前提を満たし、より短い波長のレーザーを洗浄光源として選択する必要があることがわかります。
効果PパワーD密度
レーザー洗浄において、レーザー出力密度には損傷上限値と洗浄下限値が存在します。この範囲内では、レーザー洗浄におけるレーザー出力密度が高いほど洗浄能力が高くなり、洗浄効果がより顕著になります。したがって、基板材料を損傷しないように、レーザー出力密度は可能な限り高く設定する必要があります。
効果PウルセWidth
の レーザ レーザー洗浄の光源は連続光またはパルス光であり、パルスレーザーは非常に高いピークパワーを提供できるため、しきい値要件を容易に満たすことができます。また、洗浄プロセスにおいて基板に熱影響が生じる場合、パルスレーザーの影響は小さく、連続レーザーによる熱影響は領域により大きいことが分かりました。
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レーザー洗浄の工程において、レーザーの走査速度が速いほど走査回数が少なくなり、洗浄効率は高くなるのは当然ですが、洗浄効果が低下する可能性もあります。したがって、実際の洗浄作業においては、洗浄対象物の材質特性や汚染状況に基づいて、適切な走査速度と走査回数を選択する必要があります。走査の重なり率なども洗浄効果に影響を与えます。
効果AマウントDフォーカス
レーザー洗浄では、レーザー照射前に特定の集光レンズを用いてレーザー光を収束させるのが一般的ですが、実際の洗浄プロセスでは、一般的にデフォーカス（焦点ずれ）が生じます。デフォーカス量が大きいほど、対象物に照射されるスポットが大きくなり、走査範囲が広くなるため、洗浄効率が高くなります。また、総出力が一定の場合、デフォーカス量が小さいほどレーザーの出力密度が高くなり、洗浄能力が高まります。
まとめ
レーザー洗浄は化学溶剤やその他の消耗品を一切使用しないため、環境に優しく、安全に操作でき、非常に多くの利点があります。
1. 環境に優しく、化学薬品や洗浄剤を一切使用していません。,
2. 清掃廃棄物は主に固形粉末で、サイズが小さく、収集とリサイクルが容易です。,
3. 清掃時の排煙は吸収・処理が容易で、騒音も少なく、人体に害はありません。,
4. 非接触洗浄、媒体残留物なし、二次汚染なし,
5. 基材に損傷を与えることなく、選択的な洗浄が可能,
6. 作動媒体を消費せず、電気のみを消費するため、使用およびメンテナンスコストが低い。,
7. E自動化を容易に実現し、労働強度を軽減する,
8. 手の届きにくい場所や表面、危険な環境や過酷な環境に適しています。
Maven Laser Automation Co., Ltd.は、レーザー溶接機、レーザー洗浄機、レーザーマーキング機の専門メーカーとして14年の実績を誇ります。2008年以来、Maven Laserは高度な経営、強力な研究開発力、そして着実なグローバル化戦略に基づき、各種レーザー彫刻/溶接/マーキング/洗浄機の開発・製造に注力し、中国国内および世界各地でより充実した製品販売・サービス体制を構築し、レーザー業界における世界的なブランドへと成長を遂げました。
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投稿日時：2023年5月5日
