레이저 클리닝 머신: 메커니즘 및 매개변수의 영향

레이저 청소는 단단한 표면에서 다양한 재질과 크기의 더러운 입자와 필름을 제거하는 효과적인 방법입니다.

고휘도 및 방향성이 좋은 연속 또는 펄스 레이저를 사용하여 광학 초점 및 스팟 성형 후 특정 스팟 모양과 에너지 분포를 가진 레이저 빔을 형성합니다. 그런 다음 레이저 빔이 세척이 필요한 오염 물질의 표면에 조사됩니다.

표면에 부착된 오염 물질이 레이저 에너지를 흡수한 후 진동, 용융, 연소, 기화 등 일련의 복잡한 물리적, 화학적 과정을 거쳐 궁극적으로 오염 물질이 물질 표면에서 분리됩니다.

청소한 표면에 레이저를 쏘아도 기판에 손상을 주지 않고 대부분 반사되어 청소 효과를 얻을 수 있습니다.

알루미늄 합금 표면에 빨간색 페인트를 칠한 후 청소하는 예는 다음 그림을 참조하세요.

레이저 청소 는 다양한 기준에 따라 분류할 수 있습니다. 예를 들어 레이저 클리닝 과정에서 기판 표면에 액체 필름을 도포하는지 여부에 따라 건식 레이저 클리닝과 습식 레이저 클리닝으로 나눌 수 있습니다.

전자는 오염 물질 표면에 레이저 빔을 직접 조사하는 방식이고, 후자는 세척할 표면에 수분 또는 액체 필름을 도포하는 방식입니다. 습식 레이저 세척은 효율적이지만 액체 필름을 수작업으로 코팅해야 하므로 기판 재료의 특성을 변경해서는 안 됩니다.

따라서 건식 레이저 클리닝 기술에 비해 습식 레이저 클리닝의 적용 범위는 다소 제한적입니다.

건식 레이저 청소는 현재 가장 널리 사용되는 레이저 청소 방법으로, 레이저 빔을 사용하여 작업물 표면에 직접 조사하여 입자와 필름을 제거합니다.

드라이 레이저 클리닝

건식 레이저 클리닝의 기본 원리는 입자와 기판에 레이저 빔을 조사하면 흡수된 빛 에너지가 순식간에 열 에너지로 변환된다는 것입니다. 이로 인해 입자, 기판 또는 둘 다의 순간적인 열팽창이 발생하여 입자와 기판 사이에 가속도가 발생합니다.

이 가속도에 의해 생성된 힘은 입자와 기판 사이의 접착력을 극복하여 입자가 기판 표면에서 분리되도록 합니다.

(1) 건식 레이저 청소는 다양한 흡수 메커니즘에 따라 두 가지 주요 형태로 나눌 수 있습니다:

녹는점이 매트릭스보다 높은 먼지 입자(또는 현저히 다른 레이저 흡수 요금):

레이저 조사 시 입자의 흡수는 기판의 흡수보다 강하거나(a) 약합니다(b). 이 경우 흡수된 레이저 에너지는 열 에너지로 변환되어 입자의 열 팽창을 일으킵니다.

열팽창의 양은 매우 작지만 매우 짧은 시간 내에 발생하여 입자와 기판 사이에 엄청난 순간 가속도가 작용합니다.

한편, 기판은 입자에 작용하여 그림 1과 같이 입자 사이의 접착력을 극복하고 입자가 기판에서 분리되도록 합니다.

(2) 끓는점이 낮은 먼지의 경우:

표면의 먼지가 레이저 에너지를 직접 흡수하여 순간적으로 고온으로 끓어오르고 증발하여 직접 기화함으로써 먼지를 제거합니다. 원리는 그림 2에 나와 있습니다.

레이저 습식 세정 원리

레이저 습식 클리닝은 레이저 증기 클리닝이라고도 하며, 클리닝 대상의 표면에 수 마이크로미터의 얇은 액체막 또는 중간막을 형성하는 레이저 클리닝 방법입니다.

드라이 클리닝에 비해 습식 클리닝은 레이저 빔을 조사하면 순간적으로 온도가 상승하고 가스화 반응을 일으키는 많은 수의 기포를 생성하는 필름이 존재합니다.

가스화 폭발로 인해 발생하는 충격력이 입자와 기판 사이의 접착력을 극복합니다.

입자, 액체 필름, 기질에 따른 레이저 파장의 서로 다른 흡수 계수에 따라 레이저 습식 세정은 세 가지 유형으로 나눌 수 있습니다.

(1) 기판이 레이저 에너지를 강하게 흡수하는 경우:

레이저를 기판과 액체 필름에 조사하면 기판이 레이저에 흡수하는 양이 액체 필름에 흡수하는 양보다 훨씬 큽니다.

따라서 아래 그림과 같이 기판과 액막 사이의 접합부에서 폭발적인 기화 현상이 발생합니다. 이론적으로 펄스 시간이 짧을수록 접합부에서 과열이 발생하기 쉬워 폭발 충격력이 커집니다.

(2) 액체 필름이 레이저 에너지를 강하게 흡수하는 경우:

이 세척 원리는 아래 그림과 같이 액체 필름이 레이저 에너지의 대부분을 흡수하고 표면에서 폭발적인 기화 과정을 거치는 것입니다.

이 경우 액체 필름 표면에서만 폭발적인 충격력이 발생하기 때문에 기판이 레이저를 흡수할 때보다 레이저 클리닝의 효율이 떨어집니다.

기판이 레이저를 흡수하면 기판과 액체 필름 사이의 접합부에서 기포와 폭발이 발생하고 폭발 충격력이 기판 표면에서 입자를 밀어낼 가능성이 더 높습니다. 따라서 기판 흡수의 청소 효과가 더 좋습니다.

(3) 기판과 액막 모두 레이저 에너지를 흡수하는 경우:

이 경우 세척 효율이 낮습니다. 레이저가 액체 필름에 조사된 후 레이저 에너지의 일부가 흡수되고 에너지가 전체 액체 필름에 분산됩니다.

그림과 같이 액체 필름이 끓어 기포를 생성하고 남은 레이저 에너지는 액체 필름을 통과한 후 기판에 흡수됩니다. 이 방법은 끓는 기포와 폭발을 생성하기 위해 더 많은 레이저 에너지가 필요합니다. 따라서 이 방법의 효율은 매우 낮습니다.

레이저 습식 세정에 기판 흡수를 사용할 경우 대부분의 레이저 에너지가 기판에 흡수되어 액체 필름과 기판 사이의 접합부에서 과열이 발생하여 계면에 기포가 발생합니다.

드라이 클리닝에 비해 습식 클리닝은 인터페이스에서 기포가 폭발하면서 발생하는 폭발적인 충격력을 이용해 레이저 클리닝을 수행합니다.

동시에 일정량의 화학 물질을 액체 필름에 첨가하여 오염 물질 입자와 반응하고 입자와 기판 재료 사이의 접착력을 감소시켜 레이저 세척의 임계값을 낮출 수 있습니다.

따라서 습식 청소는 청소 효율을 어느 정도 향상시킬 수 있지만 특정 어려움도 있습니다. 액체 필름을 도입하면 새로운 오염이 발생할 수 있으며 액체 필름의 두께를 제어하기가 어렵습니다.

레이저 청소 품질에 영향을 미치는 요인

레이저 파장의 영향:

레이저 클리닝의 전제는 레이저 흡수이므로 레이저 소스를 선택할 때 클리닝 대상의 광 흡수 특성을 결합하여 해당 대역에 적합한 레이저를 레이저 소스로 선택해야 합니다.

또한 외국 과학자들의 실험 연구에 따르면 동일한 특성을 가진 입자를 청소할 때 파장이 짧을수록 레이저의 청소 능력이 강해지고 청소 임계값이 낮아지는 것으로 나타났습니다.

따라서 재료의 광 흡수 특성을 충족한다는 전제하에 세척 효과와 효율성을 높이기 위해 파장이 짧은 레이저를 세척 광원으로 선택해야 합니다.

전력 밀도의 영향:

레이저 클리닝을 수행할 때 상한 손상 임계값과 하한 클리닝 임계값이 있습니다. 레이저 파워 밀도. 이 범위 내에서 레이저 클리닝 시 레이저 출력 밀도가 클수록 클리닝 능력이 커지고 클리닝 효과가 더 커집니다.

따라서 기판 재료를 손상시키지 않고 레이저 출력 밀도를 최대한 높여야 합니다.

펄스 폭의 영향:

레이저 클리닝을 위한 레이저 소스는 연속 또는 펄스 광선일 수 있습니다. 펄스 레이저는 매우 높은 피크 출력을 제공할 수 있으므로 임계값 요구 사항을 쉽게 충족할 수 있습니다.

또한 연구에 따르면 펄스 레이저는 세척 시 기판에 미치는 열 효과에 미치는 영향이 더 작은 반면 연속 레이저는 열 효과 영역이 더 큰 것으로 나타났습니다.

스캔 속도와 빈도의 영향:

분명히 레이저 프로세스 청소 시 레이저 스캔 속도가 빠르고 횟수가 적을수록 청소 효율은 높아지지만 청소 효과는 감소할 수 있습니다.

따라서 실제 청소 애플리케이션에서는 청소 대상의 재질 특성과 오염 정도에 따라 적절한 스캔 속도와 빈도를 선택해야 합니다. 스캔 중 겹침 속도도 청소 효과에 영향을 미칩니다.

의 영향 defocus 금액:

레이저 클리닝 전, 레이저는 일반적으로 특정 초점 렌즈 조합을 통해 초점을 맞춥니다. 실제 레이저 클리닝 과정에서는 일반적으로 초점이 흐려진 상태에서 진행됩니다.

디포커스 양이 클수록 재료의 광점이 커지고 스캐닝 영역이 커지며 효율이 높아집니다. 총 출력이 일정할 때 디포커스 양이 적을수록 레이저 출력 밀도가 높아지고 세척 능력이 강해집니다.