레이저 클리닝 및 페인트 제거 응용 분야는 샌드블라스팅 및 화학적 페인트 제거와 같은 전통적인 페인트 제거 방법이 많은 환경 오염을 발생시키기 때문에 최근 몇 년 동안 많은 주목을 받았습니다. 이제 친환경 페인트 제거 솔루션을 활용해야 할 때입니다. 펄스 폭, 에너지 밀도, 반복률, 빔 크기 등의 매개 변수를 적절하게 제어하면 레이저를 사용하여 고품질 작업을 수행하고 코팅을 제거할 수 있습니다. [참고 1] 레이저 페인트 제거의 장점은 다음과 같이 요약할 수 있습니다.
● 소모품 감소
● 2차 폐기물 감소
● 제어된 레이저 매개변수를 사용하여 기판에 기계적 손상이 없음
● 표면 거칠기 감소로 접착력 향상
● 기존 방법보다 빠릅니다.
● 기존 방법보다 더 효율적입니다.
레이저 클리닝을 수행하는 방법에는 두 가지가 있습니다. 첫 번째는 레이저 절제로, 고에너지 펄스 또는 강렬한 연속파 빔이 코팅에 플라즈마를 생성하고, 플라즈마에 의해 생성된 충격파가 코팅을 입자로 폭발시킵니다. 두 번째는 열분해로, 저에너지 연속파 빔이나 긴 펄스가 표면을 가열하고 결국 코팅을 증발시킬 수 있습니다. 이 두 가지 메커니즘은 그림 1과 2에 나와 있습니다.
그림 1 레이저 절제 단계
그림 2 열분해 단계
메커니즘이 무엇이든 제어되지 않은 레이저 매개변수는 기판을 손상시키고 문제를 일으킬 수 있습니다. 연속 레이저와 펄스 레이저 모두 레이저 청소에 사용할 수 있지만 이러한 레이저가 다양한 기판에 미치는 다양한 효과를 이해하는 것이 중요합니다. 기판에 의한 연속 레이저의 흡수는 파장에 따라 달라지며, 일반적으로 파장이 짧을수록 흡수가 더 커집니다. 반면에 기존 펄스 레이저의 경우 기판에 대한 침투 깊이 LT는 파장과 무관하며 대신 방정식 1에 표시된 것처럼 레이저의 펄스 폭 τp와 기판의 확산도 D에 따라 달라집니다.
기존 펄스 레이저의 경우 펄스 폭이 증가하면 절제 임계값이 증가합니다. 이는 다음 방정식에 따라 재료의 단위 부피를 제거하는 데 필요한 최소 에너지로 정의됩니다.
여기서 ρ는 밀도이고 Hv는 증발열(재료의 단위 질량을 증발시키는 데 필요한 열량(그램당 줄 단위))입니다. 따라서 펄스가 길어지면 절제 효율이 감소합니다. 기존 펄스 레이저도 펄스 반복 속도에 따라 달라지며, 반복 속도가 증가함에 따라 절제 효율도 증가합니다.
1.07μm 파이버 레이저를 사용하여 레이저의 CW 및 펄스 작동을 조사하는 연구가 수행되었습니다[참고 2]. 이 연구에서는 동일한 연속 레이저를 켜고 꺼서 장폭 펄스를 생성했습니다. 이 연구에서는 CW 모드에서 스캔 속도와 레이저 출력이 증가함에 따라 비에너지(줄 단위로 재료의 단위 부피(mm3)를 제거하는 데 필요한 에너지로 정의되고 절제 효율에 반비례함)가 감소한다는 사실을 발견했습니다. 펄스 모드의 경우 절제 효율은 듀티 사이클(두 펄스 사이의 시간 간격에 대한 펄스 폭의 비율)에 따라 달라지는 것으로 나타났습니다. 듀티 사이클이 증가하면 절제 효율이 증가합니다. 이는 고정된 반복 속도에서 펄스 폭(따라서 듀티 사이클)을 늘리면 절제 효율이 감소하는 기존 펄스 레이저와 대조적입니다. 그림 3은 스테인레스 스틸 기판에서 1kHz CW 레이저와 펄스 레이저(즉, CW 레이저가 켜지고 꺼지는)의 비에너지 대 전력 및 스캔 속도를 비교합니다.
그림 3: 왼쪽 플롯은 CW 레이저 비에너지 대 레이저 출력을 보여주고, 오른쪽 플롯은 1kHz 펄스 비에너지 대 레이저 듀티 사이클을 보여줍니다.
펄스 레이저(즉, 스위치를 켜고 끄는 CW 레이저)의 피크 출력은 1800W이고 평균 출력은 CW 레이저와 거의 동일하지만 그래프에서 볼 수 있듯이 비에너지는 거의 2입니다. 배 더 낮습니다. 펄스 모드와 CW 모드 비교. CW 모드는 레이저 출력이 항상 최고이기 때문에 펄스 모드에 비해 손실이 더 많은 것으로 보입니다.
그러나 레이저 청소를 위해 펄스형(즉, 켜졌다 꺼진 연속파) 또는 연속파 레이저를 사용할지 여부를 결정할 때 레이저의 작동 모드만 고려해야 하는 것은 아닙니다. 스캐닝 모드도 고려해야 할 또 다른 중요한 고려 사항입니다. 레이저 빔과 코팅 사이의 상호 작용 시간이 짧아서 효과가 나타나는 것이 중요합니다.
열 손상이 최소화됩니다. 이는 피크 강도가 높은 짧은 펄스를 사용하거나 연속 레이저와 빠른 스캐닝 속도를 사용하여 달성할 수 있습니다.
연속 레이저 출력이 일반적으로 펄스 레이저보다 더 강력하고 저렴하며 견고하다는 점을 고려하면 레이저 청소에 나쁜 선택은 아닙니다. 불행하게도 전통적으로 레이저 청소에 사용되는 검류계 스캐너는 수 킬로와트 레이저를 처리할 수 없습니다. 고출력 레이저에 사용되는 검류계 스캐너도 상당히 무거워서 빠른 스캔 속도로 작동할 수 없습니다. 따라서 움직이는 부분이 하나만 있는 다각형 스캐너라고 하는 새로운 유형의 스캐너가 제안되었습니다[참조 3]. 이러한 다각형 스캐너는 더 높은 레이저 출력을 처리할 수 있으며 검류계 스캐너보다 3배 빠른 것으로 입증되었습니다. 적당한 회전 속도를 사용하는 다각형 스캐너는 초당 50미터가 넘는 표면 스캔 속도를 생성할 수 있습니다. 이러한 높은 스캐닝 속도로 인해 빔과 작업 표면의 상호 작용 시간이 짧아지고 매우 높은 레이저 출력을 사용할 수 있습니다. Figuygon 스캐너.
요약하자면, 레이저 세척에 CW 또는 펄스 레이저(즉, 켜고 끄는 CW 또는 기존 단펄스 레이저)를 사용하는 선택은 기판 유형, 코팅의 흡수율 및 코팅의 흡수율과 같은 여러 요소에 따라 달라집니다. 레이저 비용. 다각형 스캐너와 연속 레이저의 조합은 빠른 스캔 속도를 제공하며 기존 펄스 레이저를 사용할 수 없는 경우 고려할 수 있는 유망한 옵션입니다.
