パルスVS連続レーザー洗浄機

導入：

レーザー洗浄の用途は多くの業界と分野に及びます。レーザーの分類によると、レーザー洗浄はパルスレーザー洗浄と連続レーザー洗浄に分けられます。異なるレーザー洗浄方法にはそれぞれ利点があります。パルス VS 連続レーザー洗浄機の違いは何でしょうか。この記事ではその答えを紹介します。

連続レーザー洗浄

動作原理

まず、動作原理を理解しましょう。ポンプ光源から放出されたポンプ光は、ミラーを介してゲイン媒体に結合されます。ゲイン媒体は希土類元素添加ファイバーであるため、ポンプ光は吸収されます。そして、光子エネルギーを吸収した希土類イオンは、エネルギーレベルの遷移を生成し、粒子数の反転を実現します。反転した粒子は共振器を通過し、励起状態から基底状態に遷移し、エネルギーを放出して安定したレーザー出力を形成します。最大の利点は、連続的に光を放出できることです。

アプリケーション

実際のレーザー洗浄アプリケーションでは、連続ファイバーレーザーが使用されることはほとんどありません。ただし、一部の大型鉄骨構造物、パイプラインなど、少数のアプリケーションもあります。体積が大きく、放熱が速いため、基板の損傷に対する要件は高くなく、連続レーザーを選択できます。

パルスレーザー洗浄

動作原理

パルスレーザー洗浄機は、高エネルギー、高周波のパルスレーザービームを使用して、物体の表面を瞬時に加熱および冷却します。これにより、瞬間的な温度勾配と熱応力が形成され、汚染物質と薄層の被覆が表面から剥がれます。原理は、レーザーパルスの短期的な高エネルギー照射により、瞬間的に高温と高圧を発生させ、汚染物質を急速に蒸発または粉砕し、洗浄効果を達成することです。

アプリケーション

パルスレーザー洗浄機は、自動車製造、電子機器、航空宇宙などのさまざまな業界で広く使用されています。塗料、酸化物などのさまざまな汚染物質を除去できます。パルスレーザー洗浄は、高エネルギーと短い動作時間という特徴があります。そのため、表面要件が高い物体の洗浄に適しています。

パルスレーザー洗浄機 VS 連続レーザー洗浄機

パルスレーザー洗浄と連続レーザー洗浄は、さまざまな表面から汚染物質や酸化物を除去するために使用される 2 つの異なるタイプのレーザー洗浄システムです。2 つのタイプの比較を以下に示します。

パルスレーザー洗浄機:

パルスレーザー洗浄機では、レーザービームは高ピーク出力の短いパルスで放射されます。各パルスの持続時間は非常に短く、通常はナノ秒の範囲です。
レーザーパルスの高ピークパワーにより、レーザーアブレーションと呼ばれるプロセスを通じて汚染物質を除去することができます。レーザーエネルギーにより汚染物質の表面層が急速に蒸発し、表面から排出されます。
パルスレーザーは、錆、塗料、酸化物などの頑固で厚い層の汚染物質を表面から除去するのに効果的です。
さまざまなパルス持続時間、パルスエネルギー、繰り返し率を実現するように調整できるため、洗浄プロセスを正確に制御できます。
パルスレーザーは、表面を効果的に洗浄するために制御された強力なエネルギーバーストが必要な用途でよく使用されます。
パルスレーザーによる洗浄プロセスはより強力です。レーザーの強度が適切に制御されていない場合、敏感な表面やデリケートな表面が損傷する可能性があります。

連続レーザー洗浄機:

連続レーザー洗浄機では、レーザービームは中断や脈動なく、一定の流れで連続的に放射されます。
連続レーザーは、通常ワットまたはキロワットの範囲の一定の電力レベルで動作し、持続的な洗浄効果をもたらします。
連続レーザービームを使用して表面の汚染物質を加熱して気化させ、除去します。
連続レーザーは、薄い層の汚れ、油、コーティングを除去するなど、軽度から中程度の清掃作業に効果的です。
これらは、より穏やかで制御された洗浄プロセスが求められる用途でよく使用されます。これにより、表面の完全性が損なわれたり変化したりすることが回避されます。
連続レーザーは連続的に放射するため、パルスレーザーに比べて処理速度が速くなります。

パルス VS 連続レーザー洗浄機、どのように選択するのでしょうか?

同じ出力条件では、パルスレーザーの洗浄効率は連続レーザーよりもはるかに高くなります。同時に、パルスレーザーは熱入力をより適切に制御できるため、基板の過熱や微小溶融を防ぐことができます。

連続レーザーは価格面で有利です。パルスレーザーとの効率の差は高出力レーザーを使用することで埋め合わせることができます。ただし、高出力光は熱入力が大きく、基板へのダメージも大きくなります。

したがって、アプリケーションにおいて、両者の間には本質的な違いがあります。高精度、基板温度上昇の厳密な制御、金型などの非破壊基板を必要とするアプリケーションでは、パルスレーザーを選択する必要があります。一部の大型鉄骨構造物やパイプラインでは、連続レーザーを使用できます。その体積が大きく、放熱が速いため、基材への損傷に対する要件は高くありません。

最適化パラメータと構造解析

1. マクロ的な洗浄条件の比較

a. パルス光によるアルミニウム合金表面の塗装層の洗浄に最適なパラメータの結果を図 5a に示します。連続光によるアルミニウム合金表面の塗装層の洗浄に最適なパラメータの結果を図 5b に示します。

パルス光で洗浄した後、サンプルの表面のペイント層は完全に除去されました。サンプルの表面は金属白色に見え、サンプルの基板にはほとんど損傷がありません。連続光で洗浄した後、サンプルの表面のペイント層は完全に除去されました。しかし、サンプルの表面は灰黒色に見え、基板も微小溶融を示しました。したがって、連続光を使用すると、パルス光よりも基板に損傷を与える可能性が高くなります。

b. パルス光による炭素鋼表面の塗装層の洗浄に最適なパラメータの結果を図 5c に示します。連続光による炭素鋼表面の塗装層の洗浄に最適なパラメータの結果を図 5d に示します。

パルス光で洗浄した後、サンプルの表面のペイント層は完全に除去されます。サンプルの表面は灰黒色に見え、サンプルの基板への損傷は小さいです。連続光で洗浄した後、サンプルの表面のペイント層も完全に除去されますが、サンプルの表面は暗い黒色です。サンプルの表面に大きな再溶融現象があることが直感的にわかります。したがって、連続光を使用すると、パルス光よりも基板に損傷を与える可能性が高くなります。

2. 顕微鏡的形態比較

図6aから、パルス光でアルミニウム合金表面の塗装層を洗浄した後、サンプル表面の塗装が完全に除去されていることがわかります。また、レーザーラインがなくてもサンプル表面に損傷はほとんどありません。連続光を使用してサンプル表面を洗浄すると、図6bに示すように、塗装も完全に除去されます。ただし、サンプル表面には深刻な再溶融とレーザーラインが現れます。

図6cから、パルス光で炭素鋼の表面の塗料層を洗浄した後、サンプルの表面の塗料が完全に除去され、洗浄後のサンプルの表面は損傷が少なく、比較的滑らかであることがわかります。しかし、図6dに示すように、サンプルの表面を連続光で洗浄し、塗料を完全に除去しました。しかし、サンプルの表面には深刻な再溶融現象があり、サンプルの表面は不均一です。

結論：

パルスレーザー洗浄機と連続レーザー洗浄機のどちらを選択するかは、いくつかの要因によって決まります。これには、汚染物質の種類と厚さ、洗浄する材料、必要な洗浄速度、表面の感度が含まれます。これらの要因を考慮し、専門家に相談して、特定の用途に最も適したタイプを決定することが重要です。